【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22AT5006
利用課題名 / Title
P型酸化銅半導体薄膜の欠陥構造解析
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion
キーワード / Keywords
p型酸化物薄膜、陽電子消滅、欠陥構造解析
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
賈 軍軍
所属名 / Affiliation
早稲田大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
野原由結 (青山学院大学),重里有三 (青山学院大学)
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
AT-501：陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
銅酸化物CuOおよびCu2Oはp型半導体であり、バンドギャップがそれぞれ約1.4と2.2 eVである。これらの薄膜材料は長波長光で高効率に発電するシリコン太陽電池と組み合わせることで、短波長から長波長までの太陽光を高効率でエネルギーに変換可能となり、現在太陽電池への応用研究が盛んに行われている。しかし、これら材料の導電性に寄与する欠陥構造（点欠陥・面欠陥）の解析は非常に少ない。現存技術では、p型半導体材料における空孔型点欠陥を調べる手法が非常に限られている。本研究では、産業技術総合研究所にある陽電子寿命測定装置を用いて、銅酸化物CuOとCu2Oの欠陥構造を調べ、その導電性の起源を解明することを目的としている。
実験 / Experimental
本研究では、Cu2Oターゲットと反応性RFマグネトロンスパッタ法を用いて、銅酸化物薄膜を作製した。その際に、酸素流量または水素流量を変化させ、Cu2OからCuOまで様々な化学量論組成を持つp型銅酸化物薄膜を作製した。その際に、基板温度を300℃に設定し、薄膜の膜厚は300 nmにした。ホール測定により、作製した薄膜はP型であることを確認した。
結果と考察 / Results and Discussion
これら銅酸化物薄膜の欠陥構造解析は産業技術総合研究所の陽電子寿命測定装置を用いて行った。Cu2OとCuO薄膜において、得られた陽電子寿命の第一成分はおよそ200 psから220 psである。これらの寿命は、バルク寿命より長く、Cu単空孔より短いので、バルクとCu単空孔の平均寿命値と考えられる。
成膜中の酸素流量の増加に従って、CuO薄膜がより酸化側にいき、その正孔密度が増加する傾向がみられる。その陽電子寿命の第2成分が長くなる傾向がある。一方、成膜中に水素流量を制御することで、Cu2O薄膜の作製を成功した。水素流量の増加に伴って、即ち還元側にいくほど、Cu2O薄膜の正孔密度が増加する傾向がみられ、陽電子寿命の長寿命成分が顕著に変化する。
これらから、第一原理計算を用いて、銅酸化物における点欠陥やクラスター欠陥の陽電子寿命を計算し、実験データと比較することで、薄膜中の欠陥構造を明らかにする。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
1) R. Pareja et al., J. Mater. Sci., 26 (1991) 593.
2) R. M. de la et al., Solid State Communications, 17 (1989) 93.
支援者：満汐孝治、大島永康 (産業技術総合研究所)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件