09/14/2021
No.0485 IZO（In-Zn-O）膜のXPS・REELS分析による電子状態分析
ITOやIZOなどの透明アモルファス酸化物半導体（TAOS）は透明かつ高い電気伝導性を示すため、ディスプレイや太陽電池電極用途などの分野で注目されている。それらのデバイスの性能は、材料の電子状態に依存するため、電子状態の把握がデバイス特性制御の観点で重要である。
以下に、成膜条件の異なるIZO膜の電子状態を電子分光にて評価した例を紹介する。
REELSによる光学的バンドギャップ評価
| 入射した電子線が、試料のバンド間電子遷移を引き起こした際に生じる電子線のエネルギー損失からバンドギャップを評価 |
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| キャリア密度が増加すると光学的バンドギャップは若干増大 |
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EVAC : Vacuum energy 、ECBM : Conduction band minimum energy 、EF : Fermi energy 、Eg : Optical band gap
EVBM : Valence band maximum energy 、REELS : Reflected electron energy loss spectroscopy |
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XPSによる仕事関数評価
| 入射エネルギー、励起電子の高・低運動エネルギー間のエネルギー差の関係から導出 |
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| WF(or IP)=hν －{EK(VBM)－EK(0)} |
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| 電子状態密度（模式図） XPSスペクトル（模式図） |
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| XPS : X-ray photoelectron spectroscopy 、WF : Work function 、IP : Ionization potential 、EK : Kinetic energy |
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・ 横軸補正は、Au（標準品）を5.10 eV
・ 数値の算出は、Fowler関数にてフィッティング
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| キャリア密度が増加すると仕事関数が減少 | |
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XPSよる価電子帯近傍評価
| 磁場集光型電子レンズを用いた高感度測定により、フェルミ準位近傍の微小エネルギー準位（ギャップ内準位）を評価 |
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| キャリア密度が増加するとギャップ内準位のピーク強度が増大 |
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分析結果の関係図
| 測定で得られたギャップ内準位のピーク強度と光学的バンドギャップおよび仕事関数の関係 |
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ギャップ内準位のピーク強度が増大すると光学的バンドギャップが増大、仕事関数減少  相関関係はBMシフトで説明可能 |
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分析結果から推定されるバンド図
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※本研究は、青山学院大学 理工学研究科 重里有三教授との共同研究の成果である。 |
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カテゴリー
材料・素材, 半導体・実装
分類
電子・機能性材料