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，我们使用外延薄膜代替粉末或纳米结构作为氧化物半导体气体传感器的基础材料，并阐明了添加杂质的酸度/碱度与气体传感特性之间的关系，并将其应用于各种气体类型。目的是开发具有优异气体选择性的氧化物半导体气体传感器。因此，在本研究中，我们通过在具有相同膜厚、面内晶粒尺寸以及与衬底的外延关系的氧化物薄膜上沉积各种类型的氧化物或金属颗粒来制作气体传感器，并且主要实验将研究物种和气体传感特性之间的关系。 2022年，我们将利用脉冲激光沉积方法在外延生长的氧化锌和三氧化钨薄膜上制备MgO、Ta2O5、MoO3和Sc2O3等杂质颗粒的样品，并研究其气敏性能。对乙醇和丙酮的响应性根据沉积的杂质的类型而不同，并且随着添加的杂质的碱度增加，对乙醇的气体选择性趋于提高。还发现Si或SiOx的添加具有提高低温下气体对丙酮的选择性的作用。此前，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，但在本研究中，在氧化钨薄膜中没有观察到结构变化，这种改善归因于硅基杂质颗粒假设它会存在于薄膜表面。这些研究成果作为两次会议报告公开。