シリコンインク及び塗布法によるシリコン薄膜形成技術は非常に魅力的な要素を内包す る一方、全く新しい技術が故に解決すべき課題もまだ多く残されている。例えば、シリコ ンインクの出発物質である CPS が市販されておらず入手困難なこと、またそれ故に本研 究に係る研究者がほぼ皆無である事等である。塗布型シリコンデバイスの更なる発展のた めにはより多くの研究者および研究機関による活発な取り組みが必要である。従って本研 究によって生み出された成果が多くの研究者の興味を惹き、また多くの研究分野に展開さ れてゆく事を強く望む。
筆者は本研究の今後の展望として2つの方向を考える。1つは塗布法の利点、即ち低環 境負荷・低エネルギー・省資源の製造技術という点を活かし、既存のシリコンデバイスの 革新的な低コスト化を目指すものである。これは本研究の動機にもなっており、その概念 は薄膜シリコン太陽電池の動作によって実証された。例えば、様々なシリコンデバイスの 中でも特に価格が大きな課題となっているSiCパワー半導体の分野にて、本研究成果を活 かす事ができれば非常に有望である。SiC インクの高濃度ドーピングとパターニングの容 易さを活かしたデバイスへの応用が期待される。
もう1つの展望はシリコンインクが液体であるという利点を活かし、今まで実現されな かった新しい技術やデバイスにおける用途展開である。例えば 3D プリンターと組み合わ せた 3 次元構造の Si デバイスの開発は新しい発想に基づくデバイス構造を提案できる。
また CPS はその酸化能力の高さからロケット液体燃料としての研究が既に行われている。
このように新しい材料や技術は、今までにないコンセプトに基づくデバイスや使用方法が 出現する可能性が高い。本研究成果が薄膜シリコン太陽電池の分野だけに留まらず、より 広い分野において革新的な技術へと昇華されてゆく事もまた、今後の可能性の1つである。
塗布法は次世代の電子デバイス製造技術として強く期待されている技術の1つである。
そして現在まで多くの液体材料および塗布型の電子デバイスが報告されてきたが、そのほ とんどが有機物や酸化物であった。一方で半導体の本丸というべきシリコンのインクおよ び塗布技術に関する報告は極僅かに例があるものの、デバイスの動作を含めた本格的な報 告は本研究が初めてである。この成果が薄膜シリコン太陽電池を含む多くのシリコンデバ イスにとって、低コスト化や低エネルギー化を成し遂げる有望な技術になり得るものと筆 者は確信している。そして本研究成果が真空法に代わる製造技術として、シリコン半導体 産業の技術開発に新しい方向性を示す事ができれば幸いである。
102 謝辞
本論文は、筆者が九州大学の社会人博士後期課程に入学した1年間とそれまでの6年間 の研究成果をまとめたものになります。勤務先である石川と、この九州の2つの地で多く の方々に支えられて幸せな時間を過ごす事ができました。各方面の皆さまに深く感謝いた します。
本論文をまとめるにあたり、終始温かい激励とご指導、ご鞭撻をいただいた九州大学大 学院システム情報科学研究員情報エレクトロニクス部門 浅野種正教授に深甚の謝意を表 します。浅野種正教授には、筆者に九州大学の社会人博士後期課程入学の機会を与えて頂 いた事および本研究を纏め上げるための機会を頂いた事に心より感謝申し上げます。
本学位論文の審査にあたり、林健司教授、興雄司教授は審査員を務めてくださいました。
分野をまたぐ様々な視点からの適切な助言は、本研究の考察を深めるうえで非常に貴重な ものでありました。それら多くの有用な助言によって論文の完成度を高めることができま した。両先生に心より感謝申し上げます。
本研究を遂行するにあたり、当初から適宜適切なご指導と励ましを頂きました
JST-ERATO 下田ナノ液体プロセスプロジェクト 下田達也総括に心より感謝申し上げます。
下田総括には、勤務先である北陸先端科学技術大学院大学で研究に専念できる環境に配慮 して頂いた事においても深く感謝申し上げます。
CPS の合成手法や取扱に関して、数多くのご助言・ご指導をいただいた JSR 株式会社 松木安生博士に心より感謝申し上げます。
太陽電池の作製や評価に関して多大なるご協力いただきましたパナソニック株式会社 曽谷直哉氏および浜田弘喜博士に心より感謝申し上げます。
実験の実施にあたり、JST-ERATO 下田ナノ液体プロセスプロジェクト研究員 高岸秀
行氏、Shen Zhongrong博士、川尻陵博士、セイコーエプソン株式会社 加藤誠氏、田中秀
樹博士、古沢昌宏博士の熱心な協力を得た事を記すと共に心より感謝申し上げます。
また、研究を進めるにあたり、ご支援、ご協力を頂きながらここにお名前を記すことが 出来なかった多くの方々に心より感謝申し上げます。
本研究は以下の研究助成、補助金により実施されたものです。ここに記して感謝の意を表 します。
①科学技術振興機構(JST)-戦略的創造研究推進事業(ERATO) 下田ナノ液体プロセスプロ ジェクト
②科学技術振興機構(JST)-先端的低炭素化技術開発(ALCA)プロジェクト
103 本研究に関する発表論文
学術雑誌
[1] T, Masuda, Y Matsuki, and T. Shimoda, "Spectral parameters and Hamaker constants of silicon hydride compounds and organic solvents" Journal of Colloid and Interface Science 340, 298 (2009).
[2] T. Masuda, Y. Matsuki, and T. Shimoda, "Stability of Polydihydrosilane Liquid Films on Solid Substrates" Thin Solid Films 520, 5091 (2012).
[3] T. Masuda, Y. Matsuki, and T. Shimoda, "Characterization of Polydihydrosilane by SEC-MALLC and Viscometry" Polymer 53, 2973 (2012).
[4] T. Masuda, N. Sotani, H. Hamada, Y. Matsuki, and T. Shimoda, "Fabrication of a Solution-Processed Hydrogenated Amorphous Silicon Single-Junction Solar Cell" Applied Physics Letters 100, 253908 (2012) .
[5] T. Masuda, Y. Matsuki, and T. Shimoda, "Pyrolytic Transformation from Polydihydrosilane to Hydrogenated Amorphous Silicon Film" Thin Solid Films 520, 6603 (2012).
[6] T. Masuda, Z. Shen, H. Takagishi, K. Ohdaira, and T. Shimoda, "Amorphous silicon carbide films prepared using vaporized silicon ink" Japanese Journal of Applied Physics (in press).
国際学会発表
[1] T. Masuda and T. Shimoda, "a-Si:H solar cell made from silicon inks (Invited)" The 2013 International Device Physics Young Scientist Symposium , Mar. 4, 2013, Nara, Japan. A-3.
[2] T. Masuda, Y. Matsuki, and T. Shimoda, "a-Si:H solar cell made from silicon inks" The 22nd International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-22), Nov. 5-9, 2012, Hangzhou, China, 2-O-29.
国内学会発表
[1] 増田貴史, 下田達也, "シリコンインクの製膜性と薄膜特性" 第 74 回応用物理学会学
術講演会, 2013秋, 同志社大学, 18a-A4-1 (シンポジウム招待講演).
[2] 増田貴史, 申仲栄, 高岸秀行, Tien Lam Pham, 大平圭介, 下田達也, "液体原料を用いた 蒸着法による常圧でのa-Si:H膜の作製（膜物性）" 第60回応用物理学会学術講演会, 2013春, 神奈川工科大学, 28a-A4-9.
[3] 増田貴史, 松木安生, 下田達也, "溶液プロセスによるa-Si:H太陽電池" 第73回応用物 理学会学術講演会, 2012秋, 愛媛大学・松山大学, 13p-F6-4.
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関連発表論文
[1] P. T. Lam, A. Sugiyama, T. Masuda, T. Shimoda, N. Otsuka, and D. H. Chi, "Ab-initio study of intermolecular and structure of liquid cyclopentasilane" Chemical Physics 400, 59 (2012).
[2] K. Fukada, T. Masuda, and T. Shimoda, "Measurement of Surface Free Energy of Transmission Electron Microscopy Substrate and Its Surface Modification for Use in Self-Assembly Experiment" Japanese Journal of Applied Physics 52, 081701 (2013).
[3] T. Shimoda and T. Masuda, "Liquid silicon and its application for electronics" Japanese Journal of Applied Physics, 53, 02BA01 (2014).
[4] Y. Sakuma, K. Ohdaira, T. Masuda, H. Takagishi, Z. Shen, and T. Shimoda, "Effect of Annealing and Hydrogen Radical Treatment on the Structure of Solution-Processed Hydrogenated Amorphous Silicon Films" Japanese Journal of Applied Physics (in press).
[5] H. Murayama, T. Ohyama, A. Terakawa, H. Takagishi, T. Masuda, K. Ohdaira, and T.
Shimoda, " Effects of catalytic-generated atomic Hydrogen treatment on a-Si fabricated by Liquid-Si Printing" Japanese Journal of Applied Physics (to be published).
Appendix
105 Appendix
A 光散乱法
静的光散乱(SLS: Static Light Scattering)法は主に高分子溶液の特性解析に用いられる手法 であり、分子の大きさ、分子量、溶解性(第二ビリアル係数)等を測定する事が可能である。
SLS測定で求められる分子量は絶対分子量であり、基準となる標準試料が不要である。従 って標準試料が市販されていない新規高分子の分子量測定では、SLSが必要不可欠となる。
本研究では 3 章において、ポリジヒドロシランの特性解析に主にこの SLS 装置を用いる。
ここではSLS測定の原理について説明をする。