2011 Fiscal Year Research-status Report
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23760005
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
後藤 民浩 群馬大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10311523)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 硫化物半導体 / 半導体薄膜 / バンドギャップ / 光吸収係数 / 太陽電池材料 / 硫化 |
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| Research Abstract |
今年度は2元系試料(Cu2S、SnS、Ag2S)の作製を行なった。真空蒸着装置を使用し、2種類の方法で硫化物薄膜を作製した。一つ目の方法は金属膜を高圧硫黄蒸気熱処理により硫化するものである。この手法では各種硫化物薄膜(Cu2S、SnS、Ag2S)の作製に成功した。二つ目の方法は反応容器に金属粉末と硫黄粉末を封入し、硫黄蒸気雰囲気で硫化物粉末を形成する。得られた硫化物粉末を真空蒸着することで硫化物薄膜を得る方法である。この手法ではCu2SとSnS薄膜の作製に成功した。Ag2Sの場合、金属光沢の薄膜が形成されたため、蒸着の過程で硫黄が脱離したものと考えられる。硫黄粉末量、反応温度を変化させ試料を作製した。光学顕微鏡で試料表面を観察たところ、硫化物粉末を蒸着し作製した試料の表面の平坦性が良好であった。 上記の試料に対して、分光透過率、電気伝導、熱起電力、サブギャップ光吸収の各種測定を行ない、光学バンドギャップ、電気抵抗率、多数キャリアなどの基礎物性を調査した。代表的な結果として硫化物粉末の真空蒸着により作製したSnS薄膜の諸特性として次の結果を得た。（バンドギャップ：～1.36 eV、電気抵抗率：～100 Ωm、p型伝導） SnS薄膜の熱処理による特性変化を調べた結果、サブギャップ光吸収が300℃の熱処理により2桁減少することを見出した。このことは熱処理がギャップ内の欠陥準位の低減に有効であることを示している。今後、ラマン分光や電気伝導の評価を行ない、更なる特性改善につなげていく。
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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
今年度は2元系試料(Cu2S、SnS、Ag2S)の作製とそれらの試料の基礎物性の評価を行なう計画をたて、研究を実施した。 試料作製に関してはCu2S、SnS、Ag2Sの作製を行なった。金属膜の硫化と硫化物粉末の真空蒸着という二種類の方法で実施した。これらの手法で硫化物薄膜を得ることに成功したが、硫化物粉末の真空蒸着により作製した試料の表面平坦性が良好であったため先行して評価を行なった。 基礎物性の評価に関してはバンドギャップ、電気抵抗率の評価を行ない、さらにサブギャップ光吸収で硫化物薄膜の欠陥準位を見積もった。さらに熱処理による特性変化を調べたところSnS薄膜に関して欠陥準位の顕著な減少を見出した。熱処理が特性向上に有効であり、今後その詳細を調べる予定である。このように試料作製条件を見出し、半導体としての高品質化につながる手法を考案できたことから、今年度の研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
資源戦略に基づく新たな太陽電池材料の探索を目的に研究を推進する。今年度において硫化物粉末の真空蒸着で作製したSnS薄膜がp型半導体としての性質を示し、バンドギャップが1.36eVと太陽電池の光吸収層として適していることを確認した。今後はSnS薄膜の作製条件の最適化および後処理による特性改善方法を探ることで、高品質な硫化物半導体薄膜の作製技術の確立と基礎物性の理解を目指す。特に今年度の研究費で購入したラマン分光システムは熱処理による結晶化過程の調査に有用であり、今後の研究の進展に役立つと考えている。 次にバンドギャップ、電気抵抗率、サブギャップ光吸収の測定から太陽電池の光吸収層として適した作製条件を見出す。その後、太陽電池素子の試作を行ない、硫化物薄膜が太陽電池として動作することを実証する。得られたデータを硫化物薄膜の作製条件にフィードバックし、太陽電池の光吸収層として最適な硫化物薄膜の作製方法を確立する。 高品質な半導体薄膜は太陽電池だけでなくフラットディスプレイの薄膜トランジスタへの応用が期待できる。そこで、硫化物薄膜のキャリア輸送特性の理解と特性向上を進め、薄膜トランジスタの実証を目指す。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
物品の購入として、試料作製に用いる各種試薬（Cu、Sn、Ag、硫黄など）、洗浄用薬品、薄膜作製に用いる真空蒸着装置に用いる蒸着ボートや配管、ポンプ用オイルなどの真空部品、物性評価に用いる電子部品や光学部品の購入を予定している。 得られた研究成果を発表するため、5th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications(ICOOPMA 2012)および応用物理学会での発表、論文誌への投稿を計画しており、研究費の使用を予定している。
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