| 研究課題/領域番号 |
25420286
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
市村 正也 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30203110)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ワイドギャップ半導体 / p型半導体 / 電気化学堆積 / 光化学堆積 / ヘテロ接合 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、p型ワイドギャップ半導体CuxZnySのデバイス応用を試み、同時にそのための基礎物性評価を行う。26年度は電気化学堆積CuxZnyS薄膜について相安定性を調べた。また、光化学堆積CuxZnyS薄膜を用いてヘテロpn接合作製を行った。
［相安定］ CuxZnyS薄膜を硫黄雰囲気中で400℃までの温度にて熱処理をし、オージェ電子分光法による化学組成分析、光電気化学測定による電気的特性評価、透過率測定による光学的特性評価、Ｘ線回折による構造評価を行った。CuxZnyS薄膜は熱処理前にはアモルファスであり、また明確なp型の伝導性を示した。熱処理温度が上がるにつれ、伝導型は真性に近づき、X線回折ではZnSのピークが観測された。これより、CuxZnySは安定な相ではなく、熱処理によってZnSとCuxSに分離することがわかった。ただ、200℃程度までは安定であり、実用上は問題のない安定性を持つことも明らかになった。
［pn接合作製］ 前年度に引き続き、光化学堆積CuxZnyS薄膜とZnSとのヘテロ接合作製を行った。ZnSも光化学堆積にて堆積した。ZnS薄膜は堆積直後においては透過率が低いが、300℃以上の温度で硫黄雰囲気にて熱処理するとほぼ透明になる。熱処理温度や堆積時の光強度を変えてヘテロ接合を作製し、良好な整流性が得られる条件を探した。熱処理温度を300から400℃にあげることで整流性は改善したが、依然として漏れ電流は大きく、さらなる改善が必要である。
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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
基礎分性評価においては、CuxZnyS相の安定性についての知見を得ることができた。透明エレクトロニクスへの応用に際しては、透明でp型の膜が特に有用だが、そのような性質を持つのは室温で堆積した準安定なアモルファスCuxZnySであり、熱処理を行うと相分離が起きるとともにp型伝導性が失われることが分かった。一方で、200℃程度の温度まではCuxZnyS相は安定に存在するので、準安定CuxZnyS相は実用上十分に安定であることも示された。
pn接合作製に関しては、前年度の結果より、ZnSとのヘテロ接合が透明なpn接合ダイオードになることが分かったので、本年度はその特性改善を試みた。それぞれの膜の堆積条件、ZnS膜の熱処理条件を変えてヘテロ接合を作製し、諸パラメータの最適化を図った。透明度を上げるためには堆積時の光強度の調整が重要で、整流性にはZnSの熱処理温度の影響が大きいことが分かった。しかし、依然としてダイオードの特性は十分良好とはいえない。
以上より、基礎物性評価については新たな知見が得られたが、pn接合作製については大きな進展があったとは言い難い。よって、「おおむね順調」と評価した。なお、26年度には前年度の成果に基づき３件の国際会議発表を行った。また、論文はまだ出版されていないが、1編が採択済みであり間もなく出版され、２編が投稿中である。研究成果の発信という点では順調といえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
基礎物性評価、pn接合作製それぞれについて、計画を以下に示す。
［基礎物性評価］ 硫黄雰囲気での熱処理による相変化の有無を調べたが、今後は引き続き窒素雰囲気での熱処理を行う。硫黄雰囲気熱処理では、熱により結晶化など構造変化が進行するとともに、組成が変化する。両方の影響を分離して議論するために、窒素雰囲気での熱処理を行って化学的、電気的、構造的評価を行う。膜にはもともと酸素が含まれており、酸素が諸特性に影響を与えている可能性がある。また、窒素雰囲気熱処理によって硫黄／酸素比が減少すると予想される。そして酸素を多く含む膜は、CuxZny(SO)というあらたな物質とみなすことができる。その構造的安定性を調べるともに、透明エレクトロニクスへの応用可能性を検討する。
［pn接合作製］ZnSとのヘテロ構造についての実験を継続するが、飛躍的な特性向上を図るには、別のn型層とのヘテロ構造も検討する必要がある。溶液からの化学的堆積においては、二層目の堆積時に一層目が溶解・変質する恐れがあり、それがpn接合の特性に悪影響を与えている可能性がある。これまでZnO、TiO2とのヘテロ接合を試みたが、それ以外の酸化物を試みる。そして、少なくとも光起電特性をもつ透明ヘテロpn接合を作製する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
純水装置の消耗品に予定していた分を使わなかったが、交換時期が迫っているので、早々に支出する予定である。
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| 次年度使用額の使用計画 |
純水装置の消耗品の交換時期が迫っているので、早々に支出する予定である。
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