電気化学的原子層エピタキシーによる半導体超格子構造の作製と光電気化学特性

通过电化学原子层外延和光电化学特性制备半导体超晶格结构

基本信息

批准号：
12750733
负责人：
鳥本司
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

高効率な光-電気エネルギー変換素子の構築を目的とし、半導体薄膜の作製に関する研究が種々の手法を用いて活発に行われている。中でもアンダーポテンシャル析出(UPD)を利用した電気化学的原子層エピタキシー(ECALE)法は、得られた半導体薄膜の膜厚や表面形態を原子レベルで制御できることから特に注目されている。本研究では、エネルギーギャップおよび電子・正孔の有効質量が他の半導体と比較して非常に小さいことから、より大きな量子サイズ効果が期待される硫化鉛(PbS)薄膜をECALE法により作製し、その光電気化学特性について検討した。(111)面を有する金電極に定電位を印加することにより、硫黄および鉛のUPDを交互に行い、PbS薄膜を電極上に積層した。硫黄および鉛原子層のUPDの際に流れた電気量から、これら元素の析出量を計算したところ、PbSの積層数が2層目以降で、析出する元素の種類に関わらず、約1.1nmol cm^<-2>となり、PbS薄膜が電極上にエピタキシャル成長していることが示唆された。このことは、PbS薄膜断面のTEM像から確認され、PbSが金電極表面でPbS[001]方向にエピタキシャル成長していることが分かった。正孔捕捉剤の存在下、PbS薄膜に光照射を行ったところ、いずれの膜厚においてもアノード光電流が観測され、n型半導体類似の光応答を示した。光電流のアクションスペクトルを測定し、その立ち上がり波長から求めたPbS薄膜のエネルギーギャップ(Eg)は、積層数が25層のPbS薄膜において約1.5eVとなり、バルクPbSの値(0.41eV)よりも非常に大きな値を示した。以上のことより、厳密に膜厚が制御されたPbS超薄膜の作製は、ECALE法により可能であること、さらに得られた薄膜は量子サイズ効果によってバルクとは大きく異なった光電気化学特性を示すことが分かった。

为了构建高效的光电能转换设备，对半导体薄膜制造的研究正在使用各种方法进行积极进行。其中，使用无电位沉积（UPD）的电化学原子层外延（ECALE）方法特别引起了人们的注意，因为它允许在原子水平上控制所获得的半导体薄膜的膜厚度和表面形态。在这项研究中，通过ECALE方法制造了硫化铅（PBS）薄膜，该薄膜预计将具有较大的量子尺寸效应，因为与其他半导体相比，电子和有效的电子和孔的有效质量非常小，并且检查了该膜的光电化学性质。通过将恒定电势施加到具有（111）表面的金电极，硫和铅交替进行UPDS，并在电极上层压PBS薄膜。当计算硫和铅原子层中流动的电量量时，这些元素的降水量是根据在硫和铅原子层上流过程中流动的电量的量来计算的，并且建议PBS薄膜在电极上表现出来的PBS层，并在PBS上表现出1层，以及第二个层，以及第二个层，该层是1层，该层是1层，该层是1层，该层是在第二个层，该层是在第二个层，该层是在第二层，该层是层次的。 NMOL CM^<-2>无论沉淀的元素类型如何。从PBS薄膜横截面的TEM图像中证实了这一点，发现PBS在金电极表面的PBS [001]方向上展开了。当PBS薄膜在存在孔捕获剂的情况下用光照射时，在任何膜厚度下都观察到阳极光电流，显示出类似于N型半导体的光响应。 PBS薄膜的能量间隙（例如）通过光电流的作用光谱测量，PBS薄膜的堆叠数为25层的PBS薄膜约为1.5EV，其大于散装PBS值（0.41EV）。从上面可以通过Ecale方法来实现具有严格控制膜厚度的超薄PBS膜的产生，并且所获得的薄膜具有光电化学特性，这些特性与量子尺寸效应引起的大量差异很大。