高効率人工光合成実現のための超広帯域光電変換マルチバンドギャップ物質の創成

创造超宽带光电转换多带隙材料实现高效人工光合作用

• 批准号: 18J15214
• 负责人: 立溝 信之
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J15214/
• 关键词: AlN; 人工光合成; 無極性; 3d遷移金属; 深紫外; 窒化アルミニウム; 深紫外LED; 量子シュタルク閉じ込め効果

【本研究の内容】報告者は、高効率人工光合成を実現するため、種々の3d遷移金属を添加した窒化アルミニウム（AlN）薄膜を合成しその評価をおこなった。特に採用第2年度では、報告者がごく最近発見した「Fe添加によるAlN薄膜の配向性変化」についてより詳細に解析をおこなった。【本研究の意義】ウルツ鉱型の結晶構造をもつAlNのa軸配向膜を利用するとc軸配向膜に起因する様々な課題を解決出来る。c軸配向型AlN薄膜には、AlとNが面直方向につながった構造に由来する電気的極性がある。結果として薄膜表面、界面で大きな分極が発生し、種々のデバイスで問題となっている。例えば、トランジスタではノーマリーオンになってしまう、LEDなどの発光デバイスでは発光効率が低い、などである。申請者が実現を目指す人工光合成デバイスでも同様に、光で形成された電荷を分離し取り出す効率が低くなる問題がある。成長方向に極性を持たない無極性膜を作製することが、これらの問題の解決策とされる。しかし、AlNは結晶学的にc軸方向に成長しやすい材料であることから本研究により無極性膜の新たな作製法が確立されれば、人工光合成デバイスだけでなく、窒化物半導体で構成される種々のデバイスの抱える問題も解決できる可能性がある。【実施内容】Fe添加AlN薄膜をガラス基板上にRFスパッタ法で成膜し、その電子状態や結晶学的特性の解明に取り組んだ。さらに、成膜条件の詳細な調製、成膜後の熱処理の影響の調査に取り組み、配向性転移メカニズムの解明や結晶性の向上を目指した。また、大型放射光施設Spring-8にて放射光X線を利用したX線吸収分光（XAS）測定も取り入れ、AlN中Feの局所的な構造や電子状態と配向性転移との関連性を調べた。

【 】 this study の content reporter は, high rate of unseen artificial photosynthetic を be presently す る た め, kind of 々 の metal を add 3 d migration し た smothering the ア ル ミ ニ ウ ム (AlN) thin film を synthetic し そ の review 価 を お こ な っ た. Special に using 2 year で は, reporter が ご 発 く last see し た "Fe add に よ る AlN film の match to sex -" に つ い て よ り detailed analytical を に お こ な っ た. ウ の this study meaning 】 【 ル ツ 鉱 の crystal structure type を も つ AlN の a shaft alignment film を using す る と c axis with the membrane に cause す る others 々 solve を る な subject. The c-axis aligned AlN thin film に に, AlとNが plane in the vertical direction に する ながった structure に origin する polarity of electricity がある. Results と し て membrane surface, interface で き な points very が 発 し, kind of 々 の デ バ イ ス で problem と な っ て い る. Example え ば, ト ラ ン ジ ス タ で は ノ ー マ リ ー オ ン に な っ て し ま う, LED な ど の 発 light デ バ イ ス で は 発 が low い working rate, light な ど で あ る. Applicants が be presently を refers す artificial photosynthetic デ バ イ ス で も with others に, light で form さ れ を た charge separation し take り す sharper rate が low く な る problem が あ る. Growth direction: に polarity を holding たな たな non-polar membrane を manufacturing する とが とが, <s:1> れら problems and solutions とされる. し か し, AlN は crystallography に c axis に growth し や す い material で あ る こ と か ら this study に よ り の new non-polarity membrane た な method for が establish さ れ れ ば, artificial photosynthetic デ バ イ ス だ け で な く, smothering compound semiconductor で constitute さ れ る kind 々 の デ バ イ ス の embrace え る も solve で き る possibility が あ る. Fe content be applied 】 【 add AlN film を ガ ラ ス substrate に RF ス パ ッ タ で film-forming し, そ の electronic state や crystallographic features の interpret に group take り ん だ. さ ら に, film forming conditions detailed な の modulation and film-forming の after hot 処 の influence み に take り の investigation group, planning to move to the sex メ カ ニ ズ ム の interpret や crystalline の upward を refers し た. ま た radiation light facilities, large Spring - 8 に て X-ray radiation light を using し た X-ray 収 absorption spectroscopy (XAS) determination of Fe in も take り into れ, AlN の bureau な tectonic や electronic state と with planning to move to the sex と の masato even sex を adjustable べ た.

项目成果

The transition of preferred orientation of Wurtzite (0002) to (11-20)-plane via heavily Fe doping to AlN using RF sputtering

使用射频溅射通过重度 Fe 掺杂到 AlN 使纤锌矿 (0002) 择优取向转变为 (11-20) 面

• 发表时间: 2018
• 作者: N. Tatemizo;S. Imada;K. Nishio;and T. Isshiki
• 通讯作者: and T. Isshiki

薄膜、薄膜付き基板および半導体装置

薄膜、带有薄膜的基板以及半导体装置

• 发表时间: 2019

Wurtzite [11-20]-oriented AlFeN films prepared by RF sputtering

• DOI: 10.1063/1.5053147
• 发表时间: 2018-11
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: N. Tatemizo;S. Imada;K. Nishio;T. Isshiki

無極性配向ウルツ鉱型AlN系微結晶薄膜を ガラス基板上に形成する技術を開発

开发出在玻璃基板上形成非极性取向纤锌矿AlN微晶薄膜的技术

Local electronic state and Crystallographic Structure of Fe in Non-Polar AlFeN Thin Films

非极性 AlFeN 薄膜中 Fe 的局域电子态和晶体结构

• 发表时间: 2019
• 作者: Tatemizo N.;Imada S.;Nishio K.;Isshiki T.;N. Tatemizo
• 通讯作者: N. Tatemizo