金属錯体の塗布による緻密かつ大面積なZnO半導体薄膜の成膜

涂覆金属络合物形成致密大面积ZnO半导体薄膜

基本信息

批准号：
21K18806
负责人：
横山俊
金额：
$ 3.91万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、Zn錯体の熱や質量分析を基礎に、各温度および各種濃度において、Zn錯体がどのようにZnOに変化するのか解析し、成長機構の解明を行うことを目的とした。特に反応プロセスとして、アンモニアを使用していることから、低アンモニア濃度かつ低温でのZnO形成が望まれるため、成長機構の解明とともに低温、低アンモニア濃度でのZnO薄膜形成を検討した。Zn錯体は塗布された後、加熱されることで、水酸化亜鉛および大気中の二酸化炭素が溶液内に取り込まれ炭酸亜鉛などを経由してZnOへ変化することを明らかとしたが、この反応経路では反応温度は300℃以上でなければZnOへと完全に変化しない。一方で、乾燥前に加熱し、更にアンモニア濃度の低い条件下において、直接錯体が脱水し、水酸化物や炭酸などの不純物を含まないZnOへ変化することを見出だした。これは、溶液の緩やかな蒸発にともない溶液状態のバランスが崩れ容易に水酸化物を形成すること、またアンモニア濃度の高い、即ちpHが高い場合には空気中の二酸化炭素を溶液が吸収し易く、より炭酸亜鉛を形成しやすい状態になることなどに起因することを確認している。そのため、塗布錯体を即座に加熱すること、アンモニア濃度を錯体形成可能な範囲で下げることが重要となる。これらの発見から、アンモニア濃度は15M程度であったのを1Mヘ、反応温度は300℃以上から、100℃程度まで低減してもZnO薄膜を形成出来ることを明らかとし、低アンモニアおよび低温度を達成した。

今年，我们的目的是基于锌配合物的热谱和质谱分析，分析锌配合物在不同温度和浓度下如何转变为ZnO，并阐明其生长机制。特别是，由于反应过程中使用氨，因此需要在低氨浓度和低温下形成ZnO，因此我们研究了低温和低氨浓度下ZnO薄膜的形成，同时阐明了生长机制。据透露，当施用Zn络合物并加热时，氢氧化锌和大气中的二氧化碳被带入溶液中并通过碳酸锌等转化为ZnO，但该反应路线是在这种情况下，反应温度必须300℃以上才能完全转变成ZnO。另一方面，我们发现，在干燥前加热和低氨浓度条件下，络合物直接脱水并转化为ZnO，其中不含氢氧化物或碳酸盐等杂质。这是因为随着溶液缓慢蒸发，溶液状态的平衡被破坏，容易形成氢氧化物。而且，当氨浓度高，即pH值高时，溶液容易吸收空气中的二氧化碳已证实这是由于更容易形成碳酸锌的条件造成的。因此，重要的是立即加热所施用的络合物并将氨浓度降低到允许络合物形成的范围内。由这些结果可知，即使将氨浓度从15M左右降低到1M左右，并且将反应温度从300℃以上降低到100℃左右，也能够形成ZnO薄膜。