九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
シリコンインクとそれを用いた薄膜形成技術に関す る研究
増田, 貴史
https://doi.org/10.15017/1441270
出版情報：Kyushu University, 2013, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：
権利関係：Fulltext available.
（別紙様式２）
氏 名 ： 増田 貴史
論文題名 ： シリコンインクとそれを用いた薄膜形成技術に関する研究
区 分 ： 甲
論 文 内 容 の 要 旨
本 論 文 は シ リ コ ン 前 駆 体 溶液(Siイ ン ク)お よ びSiイ ン ク を用 い た 半 導 体Si薄 膜 の 製 膜 技 術 の 開 発 ， な ら び に そ の 塗布 型 ア モ ル フ ァ ス シ リ コ ン(a-Si)膜 を 用 い たa-Si太 陽 電 池 へ の 応用 に 関 す る 研 究 を ま と め た も ので あ る ．
Siは 現 在 の産 業 で 最 も 重 要 な 材 料 の 一 つ で あ る ．Siデ バ イス の 出 発 原 料 に は 一 般 に 固 相Si(シ リ コ ン ウ ェ ー ハ)か ， 気 相Si(シ ラン ガ ス)が用 い ら れ て い る ． も し ， 液 相Siを 用 い てSi薄 膜 の 製 造 が で き れ ば ， 塗 布 法 によ り デ バ イ ス を 作 製 で き る こ と に な り ， そ の利 点 は 大 き い ． 例 え ば ， 真 空 プ ロ セ ス と そ の ため の 設 備 が 不 要 と な り ， 装 置 の 小 型 化 と エ ネル ギ ー 消 費 の 削 減 が 可 能 に な る ． こ ま た 材 料 使用 効 率 が 高 い 上 に 有 毒 ガ ス を 用 い な い た め ，資 源 の 節 約 ， 安 全 性 確 保 の 容 易 性 の 面 で も 既 存技 術 よ り も 優 れ て い る ．
し か し 残 念 な こ と に ， 過 去に 塗 布 法 に よ っ てSiデ バ イ ス を 作 製 し た と い う報 告 は な い ． 本 論 文 の 著 者 は ， そ の よ う な 状況 を 踏 ま え ，Siイ ン ク の 開 発 か ら 研 究 を 開 始 し， そ れ を 用 い た 半 導 体Si薄 膜の 形 成 技 術 の 開 発 に 取 り 組 ん だ ． 塗 布 法 に よ るSiデ バ イ ス の 製 造 を 可 能 に す る に は ， 長 期 安 定 性 に 優 れ 良 好な 塗 布 性 能 を 有 す る イ ン ク の 開 発 と 良 質 な 塗膜 を 再 現 性 よ く 得 る た め の 科 学 的 な 見 地 に た った 塗 布 技 術 の 開 発 が 必 要 で あ る と の 信 念 か ら研 究 を 進 め ， 先 導 的 な 多 く の 成 果 を 挙 げ た ．
本 論 文 に 述 べ ら れ て い る 主た る 成 果 を 以 下 に 記 す ．
(1)イ ン ク 開 発 で 課題 と さ れ る 溶 媒 の 選 定 に お い て ， 物 質 の 溶 解 性 とvan der Waals相 互 作 用と を 関 連 付 け る こ と で ， 計 算に よ っ て 最 適 な 溶 媒 を 見 出 す 術 を 見 出 し た ．そ れ に よ り ， 良 質 の 真 性(i型)Siイ ン ク だけ で な く ， 電 子 物 性 を 制 御 可 能 なp型 お よ びn型Siイ ン ク を 初 め て 開 発 し た ． さ ら に は ， そ の 手 法 を炭 化 シ リ コ ン(SiC)イ ン ク の 開 発 に 発 展 さ せ た．
(2) 塗 布 技 術 に 関 す る 研 究 で は ，Siイ ン ク か ら 得 た 塗 膜 の 不 安 定 性 の 原 因がvan der Waals相互 作 用 に 依 る も の で あ る 事 を明 ら か に し ，Siイ ン ク か ら 平 坦 で 良 質 なSi膜 を 再 現 性 よ く 得 る 技 術 を 開 発 し た ． こ れ は 機 能性 イ ン ク を 用 い た 塗 布 法 に よ る 薄 膜 形 成 技 術に お い て ， 製 膜 性 と van der Waalsエ ネ ル ギ ー と の 間 に 密 接 な 関 係が あ る 事 を 示 す 初 め て の 報 告で あ る ．
(3)デ バ イ ス 応 用 性の 検 証 研 究 で は ， 本 研 究 で 開 発 し たSiイ ン ク お よ び 塗 布 技 術 を 用 い る 事 で ， 塗 布 法 に よ っ て 半 導 体特 性 を 有 す る 非 晶 質Si(a-Si)膜 お よ び 非 晶 質SiC(a-SiC)膜 を 得 る 事 に 成 功 し た ．更に そ れ ら 薄 膜 を 用 い たa-Si太 陽 電 池 を 作 製 し ，塗 布 法 に よ るSiデ バ イ ス が 実 現 可 能 で あ る こ と を 実 証 し た．
