分子・物質合成プラットフォーム【文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム】

利用報告書

新しいp型Sn(II)系酸化物半導体の探索

菊地直人, 三溝朱音, 簔原誠人，相浦義弘
国立研究開発法人産業技術総合研究所　電子光基礎技術研究部門

課題番号：S-19-NI-0025

利用形態：共同研究

利用課題名（日本語）：新しいp型Sn(II)系酸化物半導体の探索

Program Title (English) ：Exploring new p-type Sn(II)-based oxide semiconductors

利用者名（日本語）：菊地直人, 三溝朱音, 簔原誠人，相浦義弘

Username (English) ：N. Kikuchi,　A. Samizo, M. Minohara, Y. Aiura

所属名（日本語）：国立研究開発法人産業技術総合研究所　電子光基礎技術研究部門

Affiliation (English) ：Research Institute for Advanced Electronics and Photonics, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

１．概要（Summary ）

価電子帯が金属のs軌道から構成される酸化物は、等方的で大きな軌道半径をもつs軌道の特徴から、高い正孔移動度が期待できる。しかし実際にp型伝導性が報告されているのはSnOに限られていた。我々はSnOと同じく価電子帯にSn 5s軌道性をもつSn₂M₂O₇（M=Nb, Ta）とSnNb₂O₆について、p型伝導性の発現を確認した。またこれらの酸化物は、NbO₆/TaO₆八面体なる部分構造をもち、その中心元素をSn⁴⁺が置換した欠陥が正孔を作り出していることを見出した。つまり結晶構造中のMO₆八面体は正孔生成に重要な役割を果たしている可能性が高いといえる。そこで本研究では、WO₆八面体をもつSnWO₄についてp型伝導の発現を目指した。その結果、アニール条件によりp型またはn型伝導を示す試料の作製に成功した。

２．実験（Experimental）

所定量のSnOとWO₃を混合し、N₂雰囲気中873 Kで焼成後、錠剤成型後同じくN₂雰囲気中923-1023 Kでアニールして多結晶試料を作製した。生成した結晶相の同定はX線回折により行った。電気物性は錠剤形状の試料にてホール測定により行った。またSn⁴⁺量は透過法による¹¹⁹Snメスバウアー分光により見積もった。

３．結果と考察（Results and Discussion）

873 Kの焼成により室温で安定相であるα-SnWO₄の形成を確認した。923 Kのアニールによりp型伝導性を、1023 Kのアニールによりn型伝導性の発現を確認した。¹¹⁹Snメスバウアー分光測定から見積もられたSn⁴⁺の割合はp型とn型を示した試料でそれぞれ3.1％と1.4％とp型がより高い値を示した。しかしp型試料中に不純物相として存在しているSnO₂を考慮すると、p型とn型伝導を示す試料中のSn⁴⁺割合に有意な差は見られなかった。試料中に存在するSn⁴⁺量が少ないため、ピーク形状からSn⁴⁺の存在状態を明らかにすることはできなかった。しかし結晶構造が類似しているp型SnNb₂O₆におけるSn⁴⁺の割合と近いことから、Sn⁴⁺はWO₆八面体中のW⁶⁺を置換した欠陥として存在していると推察される。