高移動度透明導電膜の材料設計

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05339
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 鯉田 崇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (70415678)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 酸化物半導体 / 透明導電膜 / 酸化インジウム / 移動度 / ドーピング / 遷移金属 / 水素 / 固相成長

研究成果の概要

高移動度透明電極の作製指針を得るため、酸化インジウム半導体のドーピング現象について研究した。添加した不純物の種類により電子濃度と移動度の挙動は変化し、各種評価装置を用いてその要因を解明した。特に、CeとHを共添加した薄膜は、一般的なITO薄膜よりも顕著に高い移動度を実現する。その要因は、電子の有効質量が軽いことではなく、電子の散乱が効果的に抑制されていることが判明した。Ceは酸素との解離エネルギーが高く酸素空孔の生成を抑制し、またInとのイオン半径の近さによりCe添加による格子歪も抑制され、さらにCe 4f準位がフェルミエネルギーより高く自由電子との相互作用も抑制されると考えられる。

自由記述の分野

酸化物エレクトロニクス、太陽電池

研究成果の学術的意義や社会的意義

本成果は、透明性と高い導電性を兼ね備えた材料の開発に新たな視点を与え、エネルギー変換デバイスの性能向上に寄与する。また、一般的なホール測定に加え、赤外分光、昇温脱離分析、硬X線電子分光法により、電子の有効質量、キャリア濃度、緩和時間、欠陥状態、そして電子状態を調べる詳細な物性解析手法の確立により、材料設計への効果的なアプローチが可能となる。