Direct deposition of ternary cuprate semiconductors by aqueous solution process

水溶液法直接沉积三元铜酸盐半导体

基本信息

批准号：
22K05281
负责人：
品川勉
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Osaka Research Institute of 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 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05281/
关键词：
水熱合成三元系酸化物銅酸化物水溶液プロセス

项目摘要

CO2削減に向けて、再生可能エネルギーによるエネルギー創出技術の開発が国内外で活発化し、有望な半導体材料の探索・応用も加速的に進められている。銅とコバルト、あるいは銅と鉄という銅をベースとする三元系酸化物は、すぐれた半導体特性をもち、太陽電池や光電極応用で有望な酸化物としてレビュー論文等で期待されている。しかしながら、その成膜法は、高温・真空条件下の気相成長法または高温熱処理を要する湿式成膜法に限定されており、低温かつ簡便な成膜法がないため、応用研究への展開が停滞している課題がある。そこで本研究では、以前の科研費研究で見い出した「水熱析出法」による銅-鉄系酸化物結晶膜の直接成膜技術を確立すること、およびその他の三元系銅酸化物半導体の創出を目的とし、さらに太陽電池や光電極への応用に資するp型三元系酸化物半導体の実現に向けて、酸化物組成制御や同定・評価を行い、成膜条件と半導体物性の相関を明らかにすることを目指している。本年度は、銅-コバルト系酸化物合成の条件探索、および銅-鉄系酸化物の析出機構について検討した。特に銅-鉄系酸化物合成における、水熱反応温度や反応時間が析出膜に与える影響をX線回折測定、ラマン測定、IR測定、XPS測定、FESEM観察を実施して詳細に調べた結果、反応温度が約１５０度、反応時間は１時間程度で膜厚約2.1マイクロメートルの銅-鉄系酸化物膜が得られることがわかった。また、得られた多結晶膜は優先成長方位をもち、バンドギャップエネルギーは1.48eV、P型伝導性をもつエネルギーバンド構造を示した。

为了减少二氧化碳排放，国内外可再生能源发电技术的开发日益活跃，有前景的半导体材料的寻找和应用也在加快步伐。根据评论论文，铜基三元氧化物，如铜和钴或铜和铁，具有优异的半导体性能，有望成为太阳能电池和光电极应用的有前景的氧化物。但成膜方法仅限于高温/真空条件下的气相生长或需要高温热处理的湿式成膜，没有低温且简单的成膜方法，难以发展到应用研究。有些问题是停滞不前的。因此，在这项研究中，我们将利用我们之前科研资助金中发现的“水热沉淀法”建立铜铁氧化物晶体薄膜的直接沉积技术，并以此创造其他三元铜氧化物半导体。为了实现可应用于太阳能电池和光电极的p型三元氧化物半导体，我们将控制、识别和评估氧化物成分，并阐明成膜条件和半导体性能之间的相关性。今年，我们探索了铜钴氧化物的合成条件，并研究了铜铁氧化物的沉淀机理。特别是，通过X射线衍射测量、拉曼测量、IR测量、XPS测量和FESEM观察，详细研究了铜铁氧化物合成中水热反应温度和反应时间对沉积膜的影响。研究发现，反应温度约150摄氏度，反应时间约1小时，可获得厚度约2.1微米的铜铁氧化物薄膜。此外，所得多晶薄膜具有择优生长取向，带隙能为1.48eV，能带结构具有P型导电性。