ワイドギャップp型酸化物半導体におけるキャリア生成と構造の相関

宽禁带 p 型氧化物半导体中载流子生成与结构之间的相关性

• 批准号: 22K05277
• 负责人: 菊地 直人
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05277/
• 关键词: P型酸化物半導体; スズ酸化物; 局所構造解析; ワイドギャップp型酸化物半導体

高い可視光透過性と電気伝導性を併せもつワイドギャップp型酸化物半導体開発のため、高い移動度が期待できる価電子帯に金属元素のs軌道性をもつワイドギャップ酸化物半導体群の中で、申請者がすでにp型伝導発現に成功したSn2+系酸化物3種とBi3+系2種に対し、キャリア生成機構と構造との相関を整理する。そして正孔生成に適した構造を抽出し、構造の視点からp型伝導が発現しやすい材料探索指針の確立を行う。本年は、p型伝導発現に成功したSn2+系酸化物のうち、パイロクロア酸化物であるSn2Nb2O7とSn2Ta2O7における正孔生成効率の違いの支配要因を特定することを目的として、X線構造解析及び放射光を用いた局所構造解析(広域X線吸収微細構造：EXAFS)を実施した。その結果、NbとTaの有効核電荷（Nb < Ta）の違いに応じて、Sn2Nb2O7ではSn4O四面体構造、Sn2Ta2O7ではTaO6八面体構造の周期性が乱れていることが実験的に明らかになった。Sn4O四面体構造がSn2+イオンの不対電子と、それを取り囲む酸素イオンとの電気的相互作用で成り立っていることを鑑みると、Sn4O四面体構造の乱れは周りの酸素イオンの欠損を強く示唆するものである。実際に、EXAFS解析によるスズ周辺の酸素配位数は、Sn2Ta2O7に比べてSn2Nb2O7で顕著な減少を観測した。すなわち結晶構造乱れとそれに伴う酸素欠損生成が、パイロクロア酸化物を構成するSn2+とO2-以外の第三イオン種に強く依存することが本研究を通して明らかになった。この結果はアクセプター候補となる異原子価イオンの選定に関して、価数(どの程度の正孔が誘発できるか)やイオン半径（合成可能かどうか）に加えて、有効核電荷を考慮する重要性を詳らかにしたもので有り、実用的な半導体性能を示すp型酸化物半導体開発に向けた新たな設計指針を示すものである。

由于在宽间隙P氧化物半导体的发展中，高可见光传播和电导率的发展，在宽的GAP氧化物半导体中，该半导体在有效区域中具有金属元件S轨道，可以预期具有高度运动。然后，提取适合孔固定的结构，并从结构的角度建立了倾向于表达P型传导的物质搜索指南。今年，X射线结构分析和辐射旨在鉴定SN2NB2O7和SN2TA2O7之间的漏洞差异差异，这些因素是SN2+氧化物，在P -type导电表达中取得了成功使用光（宽 - X-射线吸收精细结构：EXAFS）的分析。结果，已经通过实验表明，SN2NB2O7和SN2TA2O7中Sn4O二次体结构的周期性扰乱了Tao6八个方面结构的周期性，该结构是根据NB和TA的有效核电（Nb <ta）之间的差异。鉴于SN4O四面结构是由SN2+离子的非支撑电子与周围的氧离子之间的电气相互作用组成的，因此SN4O四面结构的干扰强烈建议周围的氧气离子一件事。实际上，与SN2TA2O7相比，在SN2NB2O7中观察到EXAFS分析周围锡的氧气配位数。换句话说，这项研究已经揭示了伴随的晶体结构和伴随的缺氧生产很大程度上取决于构成氧化吡喃氏菌的SN2+和O2-以外的第三个离子物种。该结果是考虑有效核电的重要性，除了值（可以诱发多少孔）和离子半径（是否）以及选择离子值离子的选择，这是候选Adeptor。它是一个详细的信息，显示了一个新的设计指南，用于开发P-氧化物半导体，该指南显示实用的半导体性能。

项目成果

Disorders and oxygen vacancies in p‐type Sn2B2O7 (B=Nb, Ta): Role of the B‐site element

p 型 Sn2B2O7 (B=Nb, Ta) 中的无序和氧空位：B 位元素的作用

• DOI: 10.1111/jace.18830
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the American Ceramic Society
• 影响因子: 3.9
• 作者: Samizo Akane;Minohara Makoto;Kikuchi Naoto;Ando Kenta;Mazuka Yuta;Nishio Keishi
• 通讯作者: Nishio Keishi