課題番号 ：S-17-JI-0018
利用形態 ：技術代行
利用課題名（日本語） ：石英基板上のZnOナノ粒子層の電気的・構造的特性評価
Program Title (English) ：Electrical and structural characterization of ZnO nanoparticle layers
on quartz substrates
利用者名（日本語） ：吉田俊幸
Username (English) ：Yoshida Toshiyuki
所属名（日本語） ：島根大学大学院　総合理工学研究科
Affiliation (English) ：Interdisciprinaly Graduate School of Science and Enginerring,
Shimane University

１．概要（Summary ）
ZnOナノ粒子層の電気伝導で，通常のバルク伝導における欠陥の影響では説明が難しい特異な振る舞いが見られた。伝導メカニズムの解明に向け，伝導特性の温度依存性の評価を進める一方，TEMによる構造評価を合わせて行う。特に粒子同士の結合部の構造に注目する。また併せて，ZnOナノ粒子中の窒素原子の有無を確認する。

２．実験（Experimental）
　ZnOナノ粒子はガス中蒸発法により，金属Zn塊を乾燥空気中でカーボン電極からのアーク放電で蒸発させて形成した。この手法では，電流値やガス圧により粒子中への窒素原子の導入が可能である。その後，得られた粒子を純水中に分散させ，遠心分離により粒径分布を整えた後，スプレー法および蒸発乾燥法により石英基板上に塗布して粒子層を得た。1-3)
　窒素原子の検出は卓上SEM/EDXにより，原子構造の観察はTEMによりそれぞれ行った。TEM観察においては，得られた石英基板上の粒子層を削り落とし，カーボン支持膜を用いて行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）
　SEM-EDX測定により粒子層中の窒素原子を評価したところ，窒素が導入されやすい条件で作製されたZnO粒子層では，明確な窒素原子の存在が確認され，他の条件で作製された粒子層と比べ有意な差を示した。これは，ホール測定などにより，前者はp型伝導を，後者はn型伝導を示す結果と一致し，ZnO系材料では得にくいとされるp型層を当研究室の粒子を用いることで容易に作製できることが確認された。しかし，TEM-EDXでは異なる結果となるなどの不明瞭な点もあるので今後確認が必要である。
　またTEM観察からは，粒子層のZnO粒子は高い結晶性を持つことが分かった。しかし，スプレー法と蒸発乾燥法により形成した粒子層のZnO粒子では，粒子形状やサイズ，粒子同士の接合状態などに違いがあることが分かった。同じ分散液を用いて作製した粒子層なのにそうした違いが生じた理由などは今後検討が必要である。

４．その他・特記事項（Others）
【References】
1) Y. Fujita et al., Physical Status Solidi C, 11 (2014) pp.1260-1262.
2) T. Yoshida et al., e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 14 (2016) pp. 175-178.
3) D. Itohara et al., Journal of Nanomaterials, 2016 (2016) pp. 8219326_1-6.
【競争的資金】科学研究費補助金　基盤（C）16K06263.
【技術支援者】赤堀誠志 様，東嶺孝一 様

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) S. Kasui, D. Itohara, T. Yoshida, and Y. Fujita, 29th International Conference on Defects in Semiconductors (ICDS 2017), 2017.8.3
(2) 賀須井渉，吉田俊幸，藤田恭久，第78回応用物理学会秋季学術講演会，2017.9.8

６．関連特許（Patent）
なし。