2015 Fiscal Year Annual Research Report
Opt-electrical properties of nanodiamond films and their application to photovoltaics
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15H04127
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
吉武 剛 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (40284541)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
出口 博之 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (30192206)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノダイヤモンド / 光電変換 / 半導体 / 薄膜 / 物理気相成長法 / 同軸型アークプラズマ堆積法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
同軸型アークプラズマ堆積（CAPD）法によるp型超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相（UNCD/a-C:H）膜の成膜を通じて，膜の電子特性の制御，キャリア生成機構の解明，および光電変換素子応用のための基盤技術の確立に取り組んだ。具体的な成果は以下の通りである。
（１）CAPD法により作製したUNCD/a-C:H膜は，ホウ素あるいはアルミニウムのドーピングによりUNCD粒径が増大することを明らかにした。これは，ドーピングがUNCD膜中の欠陥を誘起し，結晶成長を促していることを示唆するものと考えられる。
（２）ホウ素ドーピングによるUNCD/a-C:H膜のp型化の機構，およびキャリア濃度の広域制御を実現した。具体的には，p型化を裏付けるフェルミ準位の価電子帯側へのシフトを観測するとともに，ホウ素ドープ膜におけるキャリア伝導は局在化準位間のホッピング伝導によることを明らかにした。さらに，ホウ素は水素と置換してUNCD粒界あるいはa-C:Hマトリクスに取り込まれ，キャリアの生成・伝導に寄与している可能性が高いことを示した。
（３）水素化していないUNCD/a-C膜は約103 S/cmの高電気伝導率を有し半金属的に振る舞うのに対して，UNCD/a-C:H膜は半導体的に振る舞うことを見出した。さらに，この水素化は混相膜中のsp2結合形成を抑制するだけでなく，p型ドーパントであるホウ素を活性化する可能性が高いことを明らかにした。
（４）ホウ素ドープUNCD/a-C:H膜とn型ケイ素から構成されるヘテロ接合ダイオードを試作し，ヘテロ接合に由来する整流性とともにダイオードの動作を実証した。さらに，深紫外域および近赤外域における光電流が，それぞれUNCD自身およびUNCD粒界またはa-C:Hを起源とすることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ホモpn接合形成に向けた基盤技術，具体的には同軸型アークプラズマ堆積法における超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相膜へのボロンドーピングを科学的根拠を含めて実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
予定通り研究を遂行する。
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Research Products
(18 results)
