• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2015 年度 実績報告書

半導体ナノ結晶のpn接合による高度ガス認識界面の創出

研究課題

研究課題/領域番号 26288107
研究機関熊本大学

研究代表者

木田 徹也  熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (70363421)

研究分担者 石渡 洋一  佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00373267)
キタイン アルマンド  熊本大学, 自然科学研究科, 助教 (50504693)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワードガスセンサ / 半導体ナノ結晶 / pn接合
研究実績の概要

酸化物半導体を用いたガスセンサは日本生まれの重要技術であり、ガス漏れ検知や空気環境のモニタリング、プロセスコントロール等に幅広く利用されている。さらに現在では、微量でも環境や人体に影響を与えるガスを高精度かつ簡易・簡便に検知することが強く求められている。
これまでに、基本単位となる酸化物半導体粒子のサイズと形態をコントロールすることでセンシング膜の微細構造を制御すれば、大きな特性改善が可能なことを見出している。本研究では、ナノ粒子(ナノ結晶)を用いたガスセンサの作製・評価・解析技術をベースにして、半導体ナノ結晶を用いたpn接合ダイオードを基礎とする新しいガスセンサについて検討した。
昨年度はn型半導体としてZnOナノ結晶、p型半導体としてCu2Oナノ結晶を選択し、そのpn接合を作製した。しかし、Cu2Oナノ結晶の品質が不良であったため、ダイオード特性は得られたものの、その特性には問題があった。そこで本年度はCu2Oナノ結晶の粒径と単分散性を向上させるため、合成条件を詳細に検討した。その結果、酸素源として使用するジオール化合物を最適化することで、安定性に優れるCu2Oナノ結晶分散液を調製することができた。本ナノ結晶分散液を用いてZnOナノ結晶膜にCu2Oナノ結晶膜を接合した。この接合膜は良好な光電気化学特性を示し、ZnO/Cu2Oのpn接合が形成できたことを確認した。
またp型半導体として4元系カルコゲナイドのCu2ZnSnS4ナノ結晶を合成し、ZnOナノ結晶膜にCu2ZnSnS4ナノ結晶膜を積層させ、その整流特性を調べた。このデバイスは良好な整流性を示し、また良好な光電気化学特性を示したことから、ZnOナノ結晶膜はn型層として機能していることを確認した。
現在、これらデバイスのセンサ特性の詳細について検討を進めている。

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

計画どおりにZnOとCu2Oナノ結晶の再現性の高い合成方法を見出しており、それぞれが200-300℃の定温域でもガスセンサとして機能することを確認している。また、それらを積層させたダイオード型デバイスの作製にも成功している。

今後の研究の推進方策

今後の基本方針としては、作製したpn接合型センサのガス検知特性とその応答メカニズムを明らかにする。さらに新しくp型材料として硫化物系のナノ結晶を使用する。それらナノ結晶の再現性の高い合成方法を見出し、新しいp型センサ材料を開発する。これをn型のZnOと組み合わせることでダイオード型センサを作製し、そのセンサ特性を詳細に検討する。

次年度使用額が生じた理由

予定していた出張が別用務のため急遽中止となり、次年度に出張することになったため。

次年度使用額の使用計画

繰越金は前年度に延期した出張の経費に次年度使用する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Influence of Processing Conditions on the Performance of Cu2ZnSnS4 Nanocrystal Solar Cells2016

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Kida, Keisuke Horita, Satoshi Suehiro, Masayosh Yuasa, Armando T. Quitain, Tooru Tanaka, Katsuhiko Fujita, Yoichi Ishiwata, Kengo Shimanoe
    • 雑誌名

      ChemistrySelect

      巻: 1 ページ: 86-92

    • DOI

      10.1002/slct.201500004

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] SnO2ナノ結晶の合成とそのガスセンシング特性2016

    • 著者名/発表者名
      宮部恵太朗、キタインアルマンド、佐々木満、木田徹也
    • 学会等名
      第18回化学工学会学生発表会 福岡大会
    • 発表場所
      福岡市
    • 年月日
      2016-03-05 – 2016-03-05
  • [学会発表] 半導体ナノ結晶を用いたpn接合膜の作製とその光電極への応用2016

    • 著者名/発表者名
      上野和華子、三上一輝、キタインアルマンド、佐々木満、木田徹也
    • 学会等名
      第18回化学工学会学生発表会 福岡大会
    • 発表場所
      福岡市
    • 年月日
      2016-03-05 – 2016-03-05
  • [学会発表] Strategies for Pore Size Control of Gas Sensing Films to Improve the Sensor Performance2015

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Kida
    • 学会等名
      11th-Asian Conference on Chemical Sensor (ACCS2015)
    • 発表場所
      Penang, Malyasia
    • 年月日
      2015-11-17 – 2015-11-17
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 酸化物ナノ結晶の精密合成とpn接合型ガスセンサの検討2015

    • 著者名/発表者名
      三上一輝、佐々木満、キタイン アルマンド、木田徹也
    • 学会等名
      第52回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州市
    • 年月日
      2015-06-27 – 2015-06-27

URL: 

公開日: 2017-01-06  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi