価電子帯上端が反結合性軌道からなる三元系銅ハライドの探索：欠陥耐性半導体として

銅ハライドは反結合性軌道が価電子帯上端（VBM）を構成する特異な電子構造を有する傾向がある。反結合VBMの化合物は、格子欠陥が生成しても優良な半導体特性を維持する傾向（欠陥耐性）にあることが知られている。欠陥耐性半導体は，低温成長が不可欠なフレキシブルエレクトロニクス等の分野で待ち望まれているが，限定的にしか開拓されていない．本研究は，未開拓の三元系銅ハライド（Cu-M-X）の中から反結合VBMを有する欠陥耐性半導体を理論計算・実験の両面から探索し，新たな欠陥耐性半導体群の開拓を行うことを目的としている．2022年度は直感的な考察から欠陥耐性半導体であると予想したCu2ZnI4（CZI）の薄膜合成ルートの開拓と電子状態の計算に取り組んだ．本化合物は構造については明らかになっているが，物性や電子状態については未知であるといってよい．この化合物の合成と電子状態計算は，次年度以降の研究基盤を構築するための第一ステップである．CZIの薄膜合成ルートとしては、2つのルートを検討した．具体的には，CZI粉体を合成し，それを蒸着法にて薄膜化するルートAと，CuIとZnI2の共蒸着で薄膜化するルートBである．ルートAにより，CZI多結晶薄膜を形成することができた．実験的に電子構造や発光特性について調査したところ，欠陥耐性を有することが示唆された．並行してCZIの電子状態計算を行ったところ，予想通り反結合VBMが実現されることが明らかとなった．計算した電子構造は実験結果（X線光電子分光による価電子帯スペクトル等）の特徴を十分に再現できており，十分な確度で計算できていると考えられる．加えて，Cu-M-I系についての網羅的な安定性の検討にも着手し，次年度以降の基盤ができつつある．

銅ハライドは反結合性軌道が価電子帯上端（VBM）を構成する特異な電子構造を有する傾向がある。反結合VBMの化合物は、格子欠陥が生成しても優良な半導体特性を維持する傾向（欠陥耐性）にあることが知られている。欠陥耐性半導体は，低温成長が不可欠なフレキシブルエレクトロニクス等の分野で待ち望まれているが，限定的にしか開拓されていない．本研究は，未開拓の三元系銅ハライド（Cu-M-X）の中から反結合VBMを有する欠陥耐性半導体を理論計算・実験の両面から探索し，新たな欠陥耐性半導体群の開拓を行うことを目的としている．2022年度は直感的な考察から欠陥耐性半導体であると予想したCu2ZnI4（CZI）の薄膜合成ルートの開拓と電子状態の計算に取り組んだ．本化合物は構造については明らかになっているが，物性や電子状態については未知であるといってよい．この化合物の合成と電子状態計算は，次年度以降の研究基盤を構築するための第一ステップである．CZIの薄膜合成ルートとしては、2つのルートを検討した．具体的には，CZI粉体を合成し，それを蒸着法にて薄膜化するルートAと，CuIとZnI2の共蒸着で薄膜化するルートBである．ルートAにより，CZI多結晶薄膜を形成することができた．実験的に電子構造や発光特性について調査したところ，欠陥耐性を有することが示唆された．並行してCZIの電子状態計算を行ったところ，予想通り反結合VBMが実現されることが明らかとなった．計算した電子構造は実験結果（X線光電子分光による価電子帯スペクトル等）の特徴を十分に再現できており，十分な確度で計算できていると考えられる．加えて，Cu-M-I系についての網羅的な安定性の検討にも着手し，次年度以降の基盤ができつつある．