| 研究課題/領域番号 |
16K06270
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| 研究機関 | 富山県立大学 |
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研究代表者 |
松田 敏弘 富山県立大学, 工学部, 教授 (70326073)
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| 研究分担者 |
岩田 栄之 富山県立大学, 工学部, 准教授 (80223402)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 半導体 / 希土類 / 発光 / シリコン / MOS |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、シリコン系材料によるLSIと共存が可能な、赤・緑・青の3原色および紫外領域の電界発光素子の開発を目指して、希土類元素と添加物を導入したMOS構造によるEL発光素子に関する下記の研究を行った。希土類元素として主にTb、Eu、Gd、Pr等を導入したMOS型発光素子を作製し、物理的、電気的およびエレクトロルミネッセンス（EL）特性の解析を行った。
希土類元素の有機コート材をシリコン基板にスピンコートし、850～950℃の熱処理によって酸化膜を形成し、ITOをゲート電極とするMOS構造を作製した。酸化膜に導入する希土類としては、Tb、(Tb+ Ba)、 (Tb+ Ba+Eu) 、(Ta + Gd) および (Ta + Pr)について検討した。
とくに今年度は発光色の制御を目指し、希土類元素の配合比およびゲート電流が発光特性に及ぼす影響について解析した。(Tb+ Ba)とEuのコート液を混合して作製した試料では、Euの配合比率の上昇につれて発光色が緑色から赤色に連続的に変化することを示した。分光特性解析によって、Euの増加とともにTbイオンのエネルギー遷移に対応する波長の発光ピークが減少し、Euイオンに対応する波長のピークが増加することを明らかにした。
また、試作したMOS型素子に0.01～1 mAの電流を流し、発光特性のゲート電流依存性について検討した。(Tb+ Ba+Eu)の試料の発光強度は、ゲート電流のべき乗に比例した。また、分光特性の電流依存性は小さいが、Euイオンに起因する波長のピークと比較するとTbのピークの電流依存性がやや大きくなった。(Ta + Gd) と(Ta + Pr)の試料は青白く発光し、分光特性のゲート電流依存性は小さかった。(Tb+ Ba+Eu)の試料と同様、発光強度はゲート電流のべき乗に比例した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
希土類を導入した酸化膜を持つMOS型発光素子について研究を進めた。希土類元素として主にTb、(Tb+ Ba)、 (Tb+ Ba+Eu) 、(Ta + Gd) および (Ta + Pr)等を導入したMOS型発光素子の作製条件の検討を行い、Tb、(Tb+ Ba)、 (Tb+ Ba+Eu)では、配合比によってELの発光色が緑色～黄～橙～赤と連続的に変化することを示し、(Ta + Gd) および (Ta + Pr)では青白いELを観測し紫外領域を含めたEL特性を明らかにした。
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| 今後の研究の推進方策 |
ディスプレイへの応用も考慮して、引き続き発光色の制御の可能性について検討する。青色の発光を目指して、Gd、Tm等の希土類と添加元素の組み合わせを検討する。また、これまで紫外領域の波長のELを示している試料について、蛍光体を導入し波長変換による青色発光を検討する。さらに、これらの試料について、発光素子の酸化膜の表面からシリコン界面までのXPS、TEM等による物理的解析と、I－V特性等の電気的特性を行い、EL分光特性の結果も総合して、希土類イオンの励起・エネルギー遷移と発光機構を解析し、作製条件の最適化を図る。
また、紫外励起のための光学系を、既存のEL特性解析システムに組み合わせ、希土類イオンに関連する遷移エネルギーから予想される発光スペクトルのピークに対応するPL特性測定を行い、発光層における希土類元素のエネルギー遷移について、既存の文献も参照しつつ詳細に解析する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
EL用の装置に紫外光源を組み合わせてPL分光特性解析を行う予定であるが、研究の主目的である発光色の制御と紫外・青色MOS型発光素子のEL特性解析を先に進めた。それに必要な材料や機器については、既存のものを使用したため新たな費用は発生しなかった。PL解析装置に用いる一部の部品については、装置の検討・設計完了後に入手することとしたため、次年度使用額が生じることとなった。今後、必要となるPL分光特性解析について、必要な性能・仕様を再検討したうえで、PL分光特性解析装置を整備し、研究を進める。
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