エピタキシャル成長を利用した高活性光触媒・光電極材料の開発

利用外延生长开发高活性光催化剂和光电极材料

• 批准号: 15J11523
• 负责人: 鈴木 温
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J11523/
• 关键词: 酸窒化物; エピタキシャル成長; Li挿入; キャリアドープ

今年度は、p型酸窒化物半導体デラフォサイト型CuZrONエピタキシャル薄膜の合成を行った。これに加えて、n型の酸窒化物半導体であるアナターゼ型TaON薄膜へのキャリアドープも行った。デラフォサイト型酸窒化物CuZrON薄膜の合成については、窒素プラズマ支援パルスレーザー堆積法によって行ったが目的物は得られなかった。これは、銅の窒化物が高温下で不安定なことに起因しているとみられるため、製膜条件の探索が必要となっている。n型半導体であるアナターゼ型TaON薄膜へのキャリアドープについては、グローブボックス内でTaON薄膜をn-ブチルリチウム/ヘキサン溶液に浸しアナターゼ型TaONへのLi挿入を起こすことで実現した。まず、2次イオン質量分析及びX線回折測定により、アナターゼ型TaON薄膜においてもn-ブチルリチウム溶液でLi挿入が可能なことを明らかにした。続いて、Li挿入したTaONの電気輸送特性を評価した。これにより、Li挿入はアニオン空孔を導入するよりもより多くのキャリアをドープできること、格子間Liがアニオン空孔よりも弱い不純物散乱中心であることが明らかになった。加えて、Wドープアナターゼ型TaONの結果と比較することで、酸窒化物のような複合アニオン材料へのドープでは、ドープ時に電荷補償を起こさないような工夫、例えば、製膜プロセスとドーププロセスの分割といったことが有効であると提案した。以上の結果は、ドーパントとしての格子間Liの有用性だけでなく、エレクトロニクス材料としてのアナターゼ型TaONの有望さ、及び、電気輸送特性の評価が進んでいない酸窒化物系の材料へのキャリアドープの指針を示す重要な成果である。

今年，我们合成了p型氮氧化物半导体铜铁矿型CuZrON外延薄膜。此外，我们还在锐钛矿型TaON薄膜中掺杂了载流子，这是一种n型氮氧化物半导体。采用氮等离子体辅助脉冲激光沉积法合成了铜铁矿型氮氧化物CuZrON薄膜，但未能获得所需的产物。这似乎是由于氮化铜在高温下不稳定，因此有必要探索成膜条件。通过将TaON薄膜浸入手套箱中的正丁基锂/己烷溶液中以引起Li插入到锐钛矿型TaON中，实现对作为n型半导体的锐钛矿型TaON薄膜的载流子掺杂。首先，二次离子质谱和X射线衍射测量表明，即使在使用正丁基锂溶液的锐钛矿型TaON薄膜中，Li插入也是可能的。接下来，我们评估了嵌锂 TaON 的电传输特性。这表明Li插入比引入阴离子空位可以掺杂更多的载流子，并且间隙Li是比阴离子空位更弱的杂质散射中心。此外，通过与W掺杂锐钛矿型TaON的结果比较，我们发现在掺杂氮氧化物等复合阴离子材料时，我们找到了避免掺杂过程中电荷补偿的方法，例如成膜过程和掺杂工艺的改变。他建议，诸如部门之类的措施会很有效。上述结果不仅证明了间隙Li作为掺杂剂的有用性，而且还证明了锐钛矿型TaON作为电子材料和氧氮化物基材料中载流子掺杂的前景，这是一个重要的结果。这为未来提供了指导方针。

项目成果

TiO2多結晶シード層導入によるアナターゼ型TaON薄膜のガラス基板上成長

引入TiO2多晶种子层在玻璃基板上生长锐钛矿型TaON薄膜

• 发表时间: 2015
• 作者: 鈴木温;廣瀬靖;中尾祥一郎;長谷川哲也
• 通讯作者: 長谷川哲也

ソフト化学的Li挿入によるアナターゼ型TaONへのキャリアドープ

通过软化学锂插入将载流子掺杂到锐钛矿型 TaON 中

• 发表时间: 2016
• 作者: 鈴木温;廣瀬靖;中尾祥一郎，中川貴文;岡田洋史;松尾豊;長谷川哲也
• 通讯作者: 長谷川哲也

Low temperature epitaxial growth of anatase TaON using anatase TiO2 seed layer

使用锐钛矿型 TiO2 种子层低温外延生长锐钛型 TaON

• DOI: 10.7567/jjap.54.080303
• 发表时间: 2015
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Atsushi Suzuki;Yasushi Hirose;Daichi Oka;Shoichiro Nakao;Tomoteru Fukumura and Tetsuya Hasegawa
• 通讯作者: Tomoteru Fukumura and Tetsuya Hasegawa

Novel approach for controlling optical properties of anatase TiO2: Solid-solution with anatase TaON

控制锐钛矿型 TiO2 光学性质的新方法：锐钛矿型 TaON 固溶体

• 发表时间: 2015
• 作者: A. Suzuki;Y. Hirose;S. Nakao;T. Fukumura and T. Hasegawa
• 通讯作者: T. Fukumura and T. Hasegawa

Growth of anatase TaON thin film on glass substrate using anatase TiO2 polycrystalline seed layer

使用锐钛矿 TiO2 多晶种子层在玻璃基板上生长锐钛矿 TaON 薄膜

• 发表时间: 2015
• 作者: A. Suzuki;Y. Hirose;S. Nakao;and T. Hasegawa
• 通讯作者: and T. Hasegawa