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ワイドギャップＳｎ２＋酸化物のｐ型化とキャリア濃度制御技術の確立

p型宽禁带Sn2+氧化物及载流子浓度控制技术的建立

基本信息

批准号：
18J11854
负责人：
三溝朱音
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo University of Science
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

项目摘要

透明な太陽電池を始めとした酸化物の多様性を活かした次世代のデバイス実現に向けて、ITO(酸化インジウムスズ)など既存のn型酸化物の相方となるp型酸化物半導体の開発が不可欠である。Sn2+酸化物は、理論計算からp型キャリアである正孔の高い移動度が期待されており、新規p型酸化物として注目を集めている。しかし、正孔生成が難しく、実際にp型伝導性が得られている材料は数少ない。そのため新規材料探索が課題であった。本研究では、Sn2+酸化物であるSn2Nb2O7, Sn2Ta2O7、SnNb2O6に着目した。これらの酸化物中には一部のSn2+が酸化されて生成したNb（Ta）サイトのSn4+置換欠陥が存在する。Sn4+置換欠陥は正孔生成に寄与する欠陥である。本研究では適切な酸化条件で熱処理を行いSn4+置換欠陥の生成量を増大させることでp型伝導性の発現に初めて成功した。また、高温で焼成した試料ではn型伝導も実現し、両極性を示すことを明らかとした。さらに詳細な構造欠陥量の評価を行い、電気物性（p型/絶縁性/n型）との相関を調べた。その結果、キャリア濃度やキャリアタイプは正孔生成源であるSn4+置換欠陥と電子の生成源である酸素欠陥の相対的な生成量によって決定することを明らかとした。また、正孔生成効率は結晶構造や組成によって材料ごとに異なることを見出した。これは、酸素欠陥生成量の違いに起因すると考えられた。本研究により、正孔濃度制御のためには適切な酸化雰囲気で焼成し、構造欠陥量を制御することが重要であることが示された。また、正孔生成効率が組成や結晶構造に依存するという知見は、正孔生成に着目した新たな材料設計指針へと繋がる成果である。本研究は萌芽段階であるが、これらの成果を基に新規p型酸化物候補の絞り込みを行い、薄膜化・デバイス化へとつなげて行くことで実用化への道筋が拓かれると期待される。

The diversity of transparent solar cells from the beginning to the next generation of acid compounds is expected to develop towards ITO(acid compounds) and the existing n-type acid compounds phase and p-type acid compound semiconductors. Sn2 + acidizing compound, theoretical calculation, high mobility of positive pore, expectation, new regulation, p-type acidizing compound, attention It is difficult to form positive pores, and in fact, the number of p-type conductivity materials is small. New material exploration topics. This research focuses on Sn2 + acidified compounds such as Sn2Nb2O7, Sn2Ta2O7, and SnNb2O6. Some of these acidified compounds contain Sn2+ ions, and Nb (Ta) ions are replaced by Sn4+ ions. Sn4+ substitution is not enough. In this study, the amount of Sn4+ substitution was increased and the p-type conductivity was successfully developed under appropriate acidification conditions. The sample was sintered at high temperature, and the n-type conductivity was observed. In addition, detailed structural evaluation, electrical properties (p-type/insulating/n-type) and correlation are also discussed. As a result, the concentration of Sn4+ is determined by the amount of Sn4+ in the positive hole generation source. The formation rate of positive pores is different from that of the crystalline structure. The reason for the lack of production of acid is discussed. This study shows the importance of controlling pore concentration in the process of acidification and combustion. For example, the formation rate of positive pores depends on the composition and crystal structure, and the formation rate of positive pores depends on the results of new material design. This study is based on the results of the embryonic stage and the new p-type acidifier candidate.