【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.07】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23WS0321

利用課題名 / Title

ミストＣＶＤ法による金属酸化膜の作製とデバイス応用

利用した実施機関 / Support Institute

早稲田大学 / Waseda Univ.

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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

ミストCVD法,二次電池/ Secondary battery,太陽電池/ Solar cell,赤外・可視・紫外分光/ Infrared/visible/ultraviolet spectroscopy

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)

白井 肇

所属名 / Affiliation

埼玉大学　理工学研究科　物質科学部門

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

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）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

WS-026：高性能分光エリプソメータ

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

金属アルコキシド溶液原料からの気相成長法としてミストCVD法を採用し、アモルファスTiO₂, AlO_xおよびその合金系AlTiO_y(ATO）薄膜の作製とSi太陽電池のキャリア選択層およびリチウムイオン電池（LIB)の負極材料としての可能性を検討した。具体的には、Ti(acac)₂OiPr₂およびAl(acac)₃のCH₃OH/H₂O溶媒をアトマイザー上に設置し、N₂をミスト生成用・輸送用ガスに用いて管状炉内に設置した基板上にミストを輸送し成膜した。この際ミスト輸送経路にメッシュ電極を設けて直流バイアスを印加することで、ミストの微細化を実現し、緻密な膜の作製およびSi界面の欠陥密度の低減に寄与することを明らかにした。更に2D遷移金属ダイカルコゲナイド（MoS₂､WS_x, WSSe)層状物質をATO上に形成し、CMOS駆動を実証した。

実験 / Experimental

金属アルコキシド溶液原料からの気相成長法であるミストCVD法を採用し、金属アルコキシド系溶液からアモルファスTiO₂, AlO_xおよびその合金系AlTiO_y(ATO）薄膜の作製をN₂流量、溶質濃度、キャリアガス流量、管状炉温度およびメッシュ電圧V_mを変数として成膜し、分光エリプソメータにより膜厚、屈折率およびバンドギャップの評価を行った。また各成膜条件でのミスト輸送時の粒度分布を静電分球法および質量分析法で診断した。

結果と考察 / Results and Discussion

メッシュ電圧印加がアモルファスTiO₂, AlO_xおよびその合金系AlTiO_y(ATO）薄膜の屈折率の増大、平坦性の向上に寄与し、Si界面接合特性の向上に寄与することを明らかにした。またWS2, WSSe層状物質をミストＣＶＤ法で形成し、CMOSの駆動を実証した。また局所表面酸化により下部WSSe層への正孔注入を行いＰチャネ化化動作のFETを実現した。更にFETソース・ドレイン電極ＳＤ電極間にＷＳ₂/WSSe面内pn接合を形成し、空乏層の形成および光起電力効果を確認した。

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) Abdul Kuddus, Kojun Yokoyama, Wenbo Fan, Keiji Ueno and Hajime Shirai, Carrier Transport Properties in Few-Layer WS_0.3Se_1.7/(WO_x)WS_0.3Se_1.7 Lateral p⁺–n Junctions Using a Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) Structure, ACS Applied Electronic Materials, 5, 1546-1557(2023). DOI: 10.1021/acsaelm.2c01598
2) Abdul Kuddus, Kojun Yokoyama and Hajime Shirai, Direct synthesis of submillimeter-sized few-layer WS₂ and WS_0.3Se_1.7 by mist chemical vapor deposition and its application to complementary MOS inverter, Semiconductor Science and Technology, 37, 095020(2022). DOI: 10.1088/1361-6641/ac84fb
3) Abdul Kuddus, Arifuzzaman Rajib, Kojun Yokoyama, Tomohiro Shida, Keiji Ueno and Hajime Shirai, Mist chemical vapor deposition of crystalline MoS₂ atomic layer films using sequential mist supply mode and its application in field-effect transistors, Nanotechnology, 33, 045601(2021). DOI: 10.1088/1361-6528/ac30f4

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