原料交互供給法によるZnOの原子層エピタキシャル成長と伝導型制御に関する研究

交替供料法ZnO原子层外延生长及导电类型控制研究

• 批准号: 14750013
• 负责人: 寺迫 智昭
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750013/
• 关键词: 酸化亜鉛; 大気圧科学気相成長法; 交互供給法; 原子層エピタキシャル成長; 亜鉛アセチルアセトナート; 自己組織化

昨年度は亜鉛(Zn)原料に塩化亜鉛(ZnCl_2)、酸素(O)原料にエタノール(C_2H_5OH)もしくは水(H_20)を用いた原料同時供給下での酸化亜鉛(ZnO)薄膜の成長を中心に研究を行った。本年度は、ZnCl_2とC_2H_5OHもしくはH_2Oを時間的に分離して基板上へ供給する交互供給法によるZnO薄膜の成長を試みた。具体的には、(1)ZnCl_2の供給、(2)パージ用窒素ガスの供給、(3)C_2H_5OH(もしくはH_2O)の供給、(4)パージ用窒素ガスの供給、という四行程を繰り返すという方法である。主に、基板温度と原料供給時間をパラメータとして成長を行った。成長した試料のX線回折測定からZnOの成長が認められたが、比較的平坦な表面上に華(フラワー)状のグレインが点在する表面モフォロジーを有していることが走査型電子顕微鏡観察から明らかになった。ZnCl_2が反応管内に置かれていることから、ZnCl_2供給時以外にも拡散によってZnが基板に到達し、残留しているO原料と反応することでこの時異な表面モフォロジーが形成されたと結論した。この問題の解決のために、蒸気圧が高く、反応管外部で蒸発器を用いて気化し、キャリアガスによって反応管に輸送することが可能な亜鉛アセチルアセトナート(ZnAA)を新原料として利用することにした。まず、ZnAA-H_2O原料系およびZnAA・C_2H_5OH原料系を用いてZnOが成長可能であることを確認するために、同時原料供給下での成長を試みた。両原料系でZnOの成長が可能であることが明らかになり、特にZnAA-C_2H_5OH原料系において成長時間2時間で膜厚500nmの粒径〜120nmのグレインからなる比較的平坦な薄膜を得ることに初めて成功した。今後、同時原料供給下での最適成長条件を参考にし、交互供給による原子層エピタキシー、さらには同時ドーピングによる伝導型制御へと展開していく予定である。

去年的研究重点是在同时供应原料的情况下生长氧化锌（ZnO）薄膜，使用氯化锌（ZnCl_2）作为锌（Zn）原料，乙醇（C_2H_5OH）或水（H_20）作为氧气（O） ）原材料我做到了。今年，我们尝试使用交替供给法生长ZnO薄膜，其中ZnCl_2和C_2H_5OH或H_2O暂时分离并供给到基板上。具体而言，重复(1)供给ZnCl_2、(2)供给吹扫用氮气、(3)供给C_2H_5OH(或H_2O)、以及(4)供给吹扫用氮气这四个步骤。生长主要以基板温度和原料供给时间为参数来进行。生长样品的 X 射线衍射测量证实了 ZnO 的生长，但扫描电子显微镜显示出表面形态，其中花状颗粒散布在相对平坦的表面上。由于ZnCl_2被放置在反应管中，因此可以得出结论，与供应ZnCl_2时不同，Zn通过扩散到达基底并与剩余的O原料反应，此时形成不同的表面形貌。为了解决这个问题，我决定使用乙酰丙酮锌（ZnAA）作为新原料，它具有高蒸气压，可以使用反应管外部的蒸发器汽化并使用载气输送到反应管。首先，为了确认使用ZnAA-H_2O原料体系和ZnAA·C_2H_5OH原料体系能够生长ZnO，尝试了同时供给原料的情况下的生长。已经清楚的是，使用两种原料体系都可以生长ZnO，特别是使用ZnAA-C_2H_5OH原料体系，可以获得由厚度为500 nm的晶粒组成的相对平坦的薄膜。 120 nm，生长时间为 2 小时，我第一次成功了。未来，我们计划参考同时供应原材料下的最佳生长条件，开发采用交替供应的原子层外延以及采用同时掺杂的进一步电导率控制。