酸化物半導体センサの超薄膜化による機能向上

通过使氧化物半导体传感器超薄来提高功能

基本信息

批准号：
21K04647
负责人：
安達裕
金额：
$ 2.58万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、粉末やナノ構造体の代わりに、エピタキシャル薄膜を酸化物半導体ガスセンサ母体材料として用い、添加不純物の酸性度・塩基性度とガス・センシング特性の関係を明らかにし、多様なガス種に対応できるガス選択性に優れた酸化物半導体ガスセンサを開発することを目的としている。そのため、本研究では、膜厚、面内粒径、基板とのエピタキシャル関係が同じである酸化物薄膜上に、様々な種類の酸化物あるいは金属粒子を蒸着してガスセンサを作製し、その蒸着粒子種とガス・センシング特性の関係を調査することが主な実験となる。２０２２年度は、パルス・レーザー・デポジション法でエピタキシャル成長させた酸化亜鉛および三酸化タングステン薄膜上に、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＭｏＯ３やＳｃ２Ｏ３などの不純物粒子を蒸着したサンプルを作製し、それらのガス・センシング特性の評価を行った。蒸着した不純物の種類によりエタノールとアセトンに対する応答性が異なり、添加不純物の塩基性度が高くなると、エタノールに対するガス選択性が向上する傾向が見られた。また、Ｓｉ、あるいはＳｉＯｘの添加は、低温でのアセトンに対するガス選択性を向上させる効果があることもわかった。従来は、このアセトンガス選択性の向上は、酸化タングステンの構造変化によるものとされていたが、本研究では酸化タングステン薄膜の構造変化は観察されず、薄膜表面に存在するＳｉ系不純物粒子に起因するものと推察された。これら研究成果は２件の学会発表として、社会に公表された。

在这项研究中，外延薄膜被用作氧化物半导体气体传感器的基础材料，而不是粉末和纳米结构，以及添加杂质的酸度与碱性与气体传感特性之间的关系，其目的是开发具有极好的气体选择性的氧化物半导体气体传感器，可以容纳种类繁多的气体。因此，在这项研究中，通过将各种类型的氧化物或金属颗粒沉积在氧化物薄膜上，产生气体传感器，并在膜厚度，平面粒径和底物之间具有相同的外延关系，并研究蒸气散热的颗粒物种与气体传感特性之间的关系。在2022财年中，制备样品，其中杂质颗粒（例如MGO，TA2O5，MOO3和SC2O3）沉积在氧化锌和三氧化二氧化二氧化物薄膜上，并使用脉冲激光沉积法表达生长，并评估了这些膜的气体感应特性。对乙醇和丙酮的反应性取决于沉积杂质的类型，并且随着添加杂质的碱性增加，对乙醇的气体选择性趋于改善。还发现，在低温下，添加Si或Siox具有提高对丙酮的气体选择性的作用。以前，人们认为丙酮气体选择性的这种改善是由于氧化钨的结构变化所致，但是在这项研究中，观察到氧化钨氧化钨薄膜的结构变化，并且假设它是由薄膜表面上存在的基于Si的基于Si的杂质颗粒引起的。这些研究结果作为学术会议的两个演讲发表在社会上。