【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT0048
利用課題名 / Title
塗布成膜有機/無機半導体の構造制御
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
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）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
熱電材料/ Thermoelectric material,X線回折/ X-ray diffraction,ワイドギャップ半導体/ Wide gap semiconductor,太陽電池/ Solar cell,電子分光/ Electron 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)
辻 佳子
所属名 / Affiliation
東京大学環境安全研究センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
原千鶴,大槻翼
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
UT-202：高輝度In-plane型X線回折装置
UT-308：多機能走査型X線光電子分光分析装置(XPS)with AES
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
酸化物半導体は、材料やその構造によってバンドギャップが設計できるが、p型半導体の開発が遅れている。その中でも、デラフォサイト型CuCrO2は空気中の熱安定性が良好であり、56 cm2 V-1 s-1という高いキャリア移動度 が報告されている。本研究では、不純物濃度を低減でききる液相プロセスとして、超音波霧化法を採用し、プロセス-構造-機能の関係を明らかにすることを目的とする。酸化物半導体は、材料やその構造によってバンドギャップが設計できるが、p型半導体の開発が遅れている。その中でも、デラフォサイト型CuCrO2は空気中の熱安定性が良好であり、56 cm2 V-1 s-1という高いキャリア移動度 が報告されている。本研究では、不純物濃度を低減でききる液相プロセスとして、超音波霧化法を採用し、プロセス-構造-機能の関係を明らかにすることを目的とする。
実験 / Experimental
N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒とし、硝酸銅三水和物(Cu(NO3)2・3H2O)とアセチルアセトナートクロム(Cr(acac)3)の前駆体溶液を調製した。前駆体溶液は2.4 MHzの超音波により霧化させ、加熱した熱酸化膜付きSi基板に噴霧することで成膜した。薄膜の構造をX線回折装置（SmartLab(9kW））およびX線多機能走査型X線光電子分光分析装置（PHI 5000 VersaProbe III with AES）により評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
CuCrO2薄膜の構造の成膜温度依存性
薄膜のCu/(Cu+Cr)=50at%になるように調整した前駆体溶液を用いて成膜した薄膜の構造について、成膜温度依存性を検討した。成膜温度300℃の場合は非結晶の膜が形成された。成膜温度400℃以上にするとCuCrO2のピークが観察された。また、Cu2p3/2軌道のXPSスペクトルから、成膜温度400℃以上では膜中のCu+の割合が増えたことがわかった。以上より、成膜温度400℃以上でCuCrO2が形成されたといえる。また、Cu-Cr-O 系の相図によるとCuCrO2相は782℃以上で形成されるが、本研究ではより低い温度で CuCrO2が得られた。これは基板加熱成膜では、モノレイヤーの体積拡散が促進するためと考えられる。さらに、成膜温度を400℃から500℃に上げることで結晶子サイズが増大し、結晶性が向上した。CuCrO2薄膜の構造の組成依存性成膜温度500℃で作製した薄膜の構造について、薄膜の組成依存性を検討した。Cu/(Cu+Cr)=50 at%のとき、結晶性は最も向上した。また、Cu/(Cu+Cr)> 50 at%のとき、膜中のCu2+の割合が増えることが分かった。
なお、最も高いキャリア移動度と低いキャリア移動度を達成できたのはCu/(Cu+Cr)=50 at%のときであった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
FIG. 1 XRD spectra of CuCrO2 by ultrasonic spray deposition method.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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