| 研究課題/領域番号 |
20K04582
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| 研究機関 | 高知工科大学 |
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研究代表者 |
牧野 久雄 高知工科大学, システム工学群, 教授 (40302210)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 酸化亜鉛 / ガスセンサ / 結晶極性 / 欠陥 / 相互拡散 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、機能性材料として広く期待される酸化物半導体酸化亜鉛多結晶薄膜において、分極特性制御と硬X線光電子分光法による欠陥評価により、多結晶薄膜中の各種欠陥に対する分極特性制御の効果と化学センサの反応サイトとしての特性を解明しようとするものである。
令和3年度は、当初研究実施計画では令和2年度に計画していたガラス基板上酸化亜鉛薄膜の分極特性の制御に取り組むとともに、当初実施計画に合わせて、極性制御がドーピング特性および化学センサ特性に与える影響に関する研究を実施した。
高周波マグネトロンスパッタ法によるガラス基板上酸化亜鉛薄膜の極性制御については、成膜初期の成膜ガス条件制御に加えてアルミ層による極性制御法を見出した。アルミ層の酸化状態を制御することで、酸化亜鉛薄膜の高い透明性を維持しつつ、酸化亜鉛多結晶薄膜の特性制御が可能であることを示した。ドーピング特性の観点では、アルミ層により酸化亜鉛透明導電膜の移動度とキャリア密度の向上による低抵抗化が可能であることを明らかにした。これら成果は、酸化亜鉛系多結晶薄膜やナノ構造創成での極性制御に対して界面制御法として重要な知見を与えるものであり国際会議での成果発表を予定している。さらに、フレキシブル基板上での低抵抗酸化亜鉛透明導電膜の成膜を実現するとともに、膜の応力が電気特性に与える影響について明らかにした。これらの知見は、透明電極としての応用上重要であるとともに、分極特性制御の有効性を示唆するものである。さらに、極性制御したテンプレートテンプレートと保護膜を利用することにより、酸化亜鉛多結晶薄膜のガス検知特性制御の可能性を示した。
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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
高周波マグネトロンスパッタ法によるガラス基板上酸化亜鉛多結晶薄膜の極性制御は、当初計画では前年度の目標であったが、感染症対策等のために遅れていた。令和3年度は、酸化亜鉛多結晶薄膜極性制御を実現するとともに、当初計画にはなかったフレキシブル基板を用いることで電気特性に与える応力の影響に関する研究についても進捗がみられた。これらの成果は、国際会議や学術論文として成果発表の準備を進めている。極性制御と保護膜効果によるガス応答性や欠陥生成についても新たな知見が得られた。これらについては、当初の目標と比較して概ね順調に進んでいる、もしくは、さらに進捗しているものと判断される。
一方で、硬X線光電子分光法による評価については、熱処理に伴う相互拡散および化学状態の変化については前年度の成果として学術論文に投稿した。しかし、薄膜成長による分極特性制御に関する研究進捗の遅れに伴って、ドーパントに着目した研究については当初計画に対して遅れがみられる。
以上の理由から、研究課題全体としては当初の予定に比較して、概ね順調に進んでいると評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度は、前年度から進捗が遅れていたガラス基板上酸化亜鉛薄膜の分極特性制御について進捗が見られた。そこで令和４年度は、それに伴って遅れていた硬X線光電子分光法によるドーパント評価に関する研究として、ドーパントと欠陥生成に対する熱処理効果、極性制御の効果について評価を進めるとともに、化学センサ特性との相関を検討する。また、新たに取り組んだフレキシブル基板上での応力効果による特性制御をさらに推進する方針である。最終的には、3年間の研究で得られた知見を集約し、酸化亜鉛多結晶薄膜の欠陥特性制御と化学応答性制御の観点から研究全体を総括する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
令和3年度は成果発表の国内旅費を積算していたが、学会のオンライン実施によって旅費の支出がなかったため次年度使用額が生じた。令和４年度は、当初海外での国際会議での成果発表を見込んで海外旅費を計上していたが、現在の状況を鑑み、国内開催の国際会議での成果発表を複数回予定している。そのため、参加登録料など当初計画より不足する見込みであり、令和4年度助成金と合わせて国内旅費および成果発表費用として使用する計画である。
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