Oxide semiconductor film growth by combined pulsed laser deposition

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高密度成膜が可能なパルスレーザー蒸着法（PLD）の欠点である形成薄膜の膜厚や組成の非均一性の課題について、背景プラズマを用いた複合PLDでの解決が期待されている。そこで本研究では複合PLDにおける物理過程の解明を目的の1つとした。本年度はマグネトロンプラズマ源を用いて実験を行った。新たにPLD専用装置を整備し、同装置にマグネトロンプラズマ源を設置し、PLD成膜の背景として従来の中性ガスに加えてプラズマが利用可能となった。同装置を用いてリチウムイオン電池の電極として一般的なLiCoO2薄膜を成膜した。成膜時にPLD及びマグネトロンのターゲット材は両社ともLiCoO2を用い不純物の混入を低減させた。ただし、マグネトロンからの成膜はなるべく生じないようにターゲットに引火するバイアスは最小限に留めた。またスパッタ量を低減させるため、アルゴンガスは使用せず、酸素ガスのみを用いたプラズマを背景とした。LiCoO2膜を1μm程度成膜した試料について、SEM、XPS、XRDなどの分析装置を用いて組成を調べた。さらに得られた薄膜をコインセルに封入し、リチウム電池としての電極性能をサイクリックボルタメトリー及び充放電試験で測定した。背景として酸素ガスを用いたPLDと酸素プラズマを用いた複合PLDにより成膜された薄膜を比較すると、酸素プラズマを用いた複合PLDの試料のほうが良好な結果を示し、電池特性も優れることが示された。