Valence control of magnesium hydroxide: possibility of hydroxide electronics

氢氧化镁的价态控制：氢氧化物电子的可能性

基本信息

批准号：
22K05268
负责人：
市村正也
金额：
$ 1.58万
依托单位：
Nagoya Institute of 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 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、これまで絶縁体とみなされてきた水酸化マグネシウムMg(OH)2を、半導体・導体としてエレクトロニクスに応用する可能性をひらく。Mg(OH)2は極めて安価豊富な元素で構成されており、透明エレクトロニクス材料としてのメリットは大きい。これまでの研究経験に基づき、化学的手法でMg(OH)2薄膜を堆積する。電気化学堆積法に加え新しく開発したドロップ蒸発法を用い、伝導型および伝導度制御のため不純物元素を添加する。伝導型制御を確立させたのち、pn接合ダイオードを作製し、「水酸化物エレクトロニクス」の可能性を実証する。2022年度は、電気化学堆積による銅Cu添加Mg(OH)2単層のデバイス応用を試みた。堆積溶液中のCuイオン濃度1.5～3 mMで、透明でp型伝導性を持つMg(OH)2が堆積する。これをp型層とする透明なpn接合ダイオードを作製した。n型層には、透明なn型半導体ZnO層を用いた。スズ添加インジウム(ITO)基板上に、まずCu-Mg(OH)2を堆積し、その上にZnOを電気化学堆積にて積層した。素子は良好な整流性を示し、Cu-Mg(OH)2がp型ワイドギャップ半導体として透明エレクトロニクスに応用可能であることを実証することができた。この成果をもとに、学術論文一編を発表した。合わせて、ドロップ蒸発法によるMg(OH)2堆積を行った。これまでに無添加Mg(OH)2の堆積に成功しているが、不純物添加の手法はまだ確立していない。2022年度はドナーとして働く可能性がある鉄Feを添加する実験を行った。化学分野での過去の研究例を参照し、Mg(OH)2膜をFeイオンを含む水溶液に浸すことでMgとFeが置き換わることを確かめた。

这项研究开启了将氢氧化镁 Mg(OH)2（一直被认为是绝缘体）应用于电子器件作为半导体或导体的可能性。 Mg(OH)2由极其廉价且丰富的元素组成，作为透明电子材料具有巨大的优势。根据以往的研究经验，我们将采用化学方法沉积Mg(OH)2薄膜。除电化学沉积法外，还采用新开发的液滴蒸发法，通过添加杂质元素来控制导电类型和电导率。建立传导类型控制后，我们将制造 pn 结二极管并展示“氢氧化物电子学”的潜力。 2022年，我们尝试通过电化学沉积将铜-Cu添加的Mg(OH)2单层应用于器件。在沉积溶液中以 1.5-3 mM 的铜离子浓度沉积透明的 p 型导电 Mg(OH)2。使用其作为p型层制作透明pn结二极管。使用透明n型半导体ZnO层作为n型层。首先，将 Cu-Mg(OH)2 沉积在锡掺杂的铟 (ITO) 基板上，然后通过电化学沉积将 ZnO 分层在其顶部。该器件表现出良好的整流性能，表明Cu-Mg(OH)2可以作为p型宽禁带半导体应用于透明电子器件。基于这一结果，发表了一篇学术论文。同时，采用滴蒸发法沉积Mg(OH)2。到目前为止，我们已经成功沉积了无添加剂的Mg(OH)2，但尚未建立添加杂质的方法。 2022年，我们进行了一项添加铁的实验，铁有可能充当供体。通过参考过去化学领域的研究，他们证实可以通过将Mg(OH)2膜浸入含有Fe离子的水溶液中来替代Mg和Fe。