ワイドギャップＳｎ２＋酸化物のｐ型化とキャリア濃度制御技術の確立

p型宽禁带Sn2+氧化物及载流子浓度控制技术的建立

基本信息

批准号：
18J11854
负责人：
三溝朱音
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

透明な太陽電池を始めとした酸化物の多様性を活かした次世代のデバイス実現に向けて、ITO(酸化インジウムスズ)など既存のn型酸化物の相方となるp型酸化物半導体の開発が不可欠である。Sn2+酸化物は、理論計算からp型キャリアである正孔の高い移動度が期待されており、新規p型酸化物として注目を集めている。しかし、正孔生成が難しく、実際にp型伝導性が得られている材料は数少ない。そのため新規材料探索が課題であった。本研究では、Sn2+酸化物であるSn2Nb2O7, Sn2Ta2O7、SnNb2O6に着目した。これらの酸化物中には一部のSn2+が酸化されて生成したNb（Ta）サイトのSn4+置換欠陥が存在する。Sn4+置換欠陥は正孔生成に寄与する欠陥である。本研究では適切な酸化条件で熱処理を行いSn4+置換欠陥の生成量を増大させることでp型伝導性の発現に初めて成功した。また、高温で焼成した試料ではn型伝導も実現し、両極性を示すことを明らかとした。さらに詳細な構造欠陥量の評価を行い、電気物性（p型/絶縁性/n型）との相関を調べた。その結果、キャリア濃度やキャリアタイプは正孔生成源であるSn4+置換欠陥と電子の生成源である酸素欠陥の相対的な生成量によって決定することを明らかとした。また、正孔生成効率は結晶構造や組成によって材料ごとに異なることを見出した。これは、酸素欠陥生成量の違いに起因すると考えられた。本研究により、正孔濃度制御のためには適切な酸化雰囲気で焼成し、構造欠陥量を制御することが重要であることが示された。また、正孔生成効率が組成や結晶構造に依存するという知見は、正孔生成に着目した新たな材料設計指針へと繋がる成果である。本研究は萌芽段階であるが、これらの成果を基に新規p型酸化物候補の絞り込みを行い、薄膜化・デバイス化へとつなげて行くことで実用化への道筋が拓かれると期待される。

P型氧化物半导体的发展是现有的N型氧化物（例如ITO）（氧化物）的合作伙伴，以实现利用氧化物多样性（包括透明太阳能电池）的下一个代理必不可少。 SN2+氧化物有望具有较高的P型载体的较高运动，这是孔的高移动，并吸引了作为新的P-氧化物的注意力。但是，很难形成孔，几乎没有真正获得P型电导率的材料。因此，寻找新材料是一个问题。在这项研究中，我们专注于SN2+氧化物SN2NB2O7，SN2TA2O7和SNNB2O6。在这些氧化物中，在某些SN2+产生的NB（TA）位点上存在SN4+替代缺陷。 SN4+替代缺陷是导致孔的缺陷。在这项研究中，在适当的氧化条件下进行热处理，在P型电导率的表达中，SN4+取代缺陷的量首次增加。此外，很明显，在高温下埋葬的样品中也实现了N型传导，表明两个极性。此外，评估了详细的结构缺陷，并检查了与电性能（P型/绝缘/N类型）的相关性。结果，揭示了载体浓度和职业类型取决于氧缺损的相对量，SN4+替代缺陷是孔的来源和氧缺陷，这些缺陷是电子的来源。此外，发现每种材料的孔拟合效率取决于晶体结构和组成。这被认为是由于氧缺陷产生的差异所致。这项研究表明，在适当的氧化氛围中烘烤以控制和控制结构缺陷很重要。此外，知道孔拟合效率取决于成分和晶体结构的知识是导致着重于孔的新材料设计指南的结果。尽管这项研究处于发芽阶段，但预计将根据这些结果缩小新的P-氧化物候选物，并将其连接到稀疏和设备，从而打开实用使用的路径。