UV-Vis-NIR 分光法

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Fig.3-15 as-depo.膜，N2 PDA，O2 PDA，Ar/H2 PDAにおける(a)透過率及び(b)反射率スペクトラ

ム及び(c)370~540nmの範囲における透過率スペクトラムの拡大図

78 3.3.3.2 Tauc’s Plot によるサブギャップ状態の評価

Fig.3-16に透過率及び反射率スペクトラムから算出したTauc’s Plotを示す．横軸は波長から算

出した光子エネルギーを示す．縦軸に透過率及び反射率から算出した吸収係数の(a)ログスケー ル，(b)リニアスケールをそれぞれ示す．Fig.3-15(a)では，前項の透過率と反射率で述べたように

Ar/H2 PDA 後の試料ではサブギャップ欠陥密度が増加していると示唆された．それを明らかにす

るためログスケールでTauc’s Plotをログスケールで表した．2.50eV~2.70eVの領域では予想通り

Ar/H2 PDA 処理膜の試料のほうが高い吸収係数を示したことから酸素空孔等のサブギャップ欠

陥密度の増加が明らかになった．この結果はO1sスペクトラムのデコンボリューション解析の結果 と一致する．一方で，Fig.3-16(b)はリニアスケールで示すことによって吸収端の位置がわかること から材料の持つ光学バンドギャップが得られる．各 PDA 処理膜における光学バンドギャップはそ れぞれFig.3-16(b)に外挿した表に示す．また，3.2.3.2項に示したN2 PDA前後の試料ではテール バンドの影響により光学バンドギャップの比較が行えていないと考察した．そのため，アニール雰 囲気以外がすべて同条件の処理を施した膜の間で比較を行えば光学バンドギャップの同程度の 評価ができると予想される．そのため，本項では 3.2 項で明らかにできなかった光学バンドギャッ プに着目する．挿入している表に示しているように，N2 PDA処理膜では4.15eVの光学バンドギャ ップが示された．これに対して，O2 PDA処理膜のバンドギャップは4.18eVとバンドギャップが広く なったかことが分かった．これにより，同条件で成膜，アニールを行った比較的純度の高い SnO2

薄膜より N2 PDA 処理の薄膜のほうが 0.03eV 縮小することが明らかとなった．しかし一方で，

Fig.3-16 (a)ログスケール及び(b)リニアスケール表示で示されたN2 PDA前後におけるTauc’

s Plot．挿入図はサブギャップ欠陥密度付近のTauc’s Plotの拡大図．挿入した表はTauc’s Plot

から見積もった光学バンドギャップ

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Ar/H2 PDA 処理膜はN2 PDAに比較して4.12eVと縮小している．これについては，サブギャップ の存在による構造欠陥や格子歪みに由来するテールバンドの影響[3.25]が残っていると推測する ことができる．また，XRDの結果ではN2 PDA処理膜に比べてAr/H2 PDA処理膜のピーク位置が 低角度側に現れたことにより水素混入に伴う格子の拡張について言及した．また，Kataoka らの報

告[3.30]によると，水素の混入に伴い結晶性の劣化が伴うと言及していた．さらに，O1s XPS スペ

クトラムでは，Ar/H2 PDA 処理膜において 531.1eV の緑色のピークが大幅に増加したことから酸 素空孔の生成とヒドロキシル基の生成が示唆された．これらの結果と透過率測定の結果は整合 性が得られ，透過率測定においてもAr/H2 PDA処理膜での弱結合酸素の還元反応は確認されな かった．しかし，XRDの結果ではN2 PDA処理膜に比べてAr/H2 PDA処理膜のピーク強度が高く なっており結晶性が改善されていると考察することが可能のため XRD の結果と整合性が得られ ない．これらの詳細についてはさらなる測定や調査が求められる．