分野：低炭素・エネルギー

研究題名

電磁波照射によるCu2O薄膜の常温形成とパターニング
永井 裕己

先進工学部 応用物理学科 准教授 /佐藤 光史 先進工学部 応用物理学科 教授

キーワード： 化学的湿式法，酸化銅形成，電磁波照射概要

分子プレカーサー法は，溶液の塗布と熱処理のみで，均一な機能性薄膜を形成できる化学的湿式法です。本方法は，錯体のアルキルアンモニウム塩を含むコーティング溶液を用います。溶液中に錯体が単分散分子量で溶解しており，他の湿式法には無い特徴があります。本方法は，世界で初めてp型半導体特性を示すCu2O薄膜形成を達成しました。この薄膜形成法は，化学，物理分野を問わず多くの研究者から注目され，世界の学術誌にも引用されています。本技術は，その溶液を応用し，電磁波照射でCu2O薄膜を形成し，容易な膜のパターニングが可能です。本展示では，その技術を紹介します。

関連論文塗布 spin
プレカーサー溶液基板p

熱処理乾燥spin

プレカーサー膜

光照射アピール
ポイント

1. 優れた特性をもつp型半導体の湿式薄膜形成法
2. 安定性，均一性，混和性，基板への塗布性に優れている溶液
3. 塗布・熱処理のみの簡便な薄膜形成
4. 光照射でパターニングが可能
5. ガラスに密着した薄膜形成が可能

利用・用途
応用分野

1. 薄膜トランジスタへの応用
2. 酸化物太陽電池等の半導体材料

関連情報●知的財産権＝ 金属膜形成用組成物および金属膜形成方法（PCT/JP2017/003674）●関連論文 ＝ H. Nagai, Ｔ. Suzuki, H. Hara, C. Mochizuki, I. Takano, T. Honda and
M. Sato, Chemical fabrication of p-type Cu2O transparent thin filmusing molecular precursor method, Materials Chemistry and Physics,
137, 252-257, 2012.
H. Nagai, T. Suzuki, C. Mochizuki, I. Takano, T. Honda, and M. Sato,Formation mechanism of p-type Cu2O thin films via intermediate Cu0
species derived from Cu(II) complex of ethylenediamine-N,N,N‘,N'tetraacetic acid , Science of Advanced Materials, 6, 603-611, 2014.

工学院大学

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分子プレカーサー法による薄膜形成と応用

Molecular Precursor Method for Functional Thin Films
省資源・省エネルギーのために，材料表面の高機能化が有効です。表面修飾技術の発展が不可欠で，その技術を支える原料および機能付与法の開発が重要です。
基板に密着した均一な透明薄膜の形成は，どのようにできるでしょうか？化学的には，金属イオンを含む有機・無機ポリマーの溶液を用いるゾルーゲル法が知られています。では，ポリマーを経由せずに，含金属成分を適当な厚さの膜にするのは可能でしょうか？
この疑問に答える薄膜形成法が分子プレカーサー法で，成型加工・コーティングの視点で錯体を設計し，電子材料から医療用材料まで広い分野への適用をめざしています。錯体（配位化合物）や有機・無機複合体の応用技術です。

分子プレカーサー法

分子プレカーサー法で初めて形成したスピネル型Co3O4薄膜

分子プレカーサー法は，汎用有機多座配位子＊を結合させた錯体とアルキルアミンを組み合わせたプレカーサー溶液を用います。
プレカーサー溶液を基板に塗布・乾燥し，プレカーサー膜を熱処理して，均一透明な金属酸化物薄膜などを簡便に形成できます。
＊エチレンジアミン四酢酸（EDTA）やニトリロ三酢酸（NTA）など、陰イオンになり易い入手が容易なキレート剤

可溶化

spin

塗布

基板

金属錯体°C

プレカーサー溶液

結晶化

spin

塗布・乾燥

プレカーサー膜

熱処理

薄膜

応用とプロジェクト

充放電で着脱色・電池内部反応の可視化!!
リチウムイオン電池の負極，正極活物質を形成しました。作製した無色透明なリチウムイオン電池は，充放電で着脱色し，電池内部反応をはじめて可視化できました。

銅錯体溶液の塗布・低温熱処理
で，ガラス基板によく密着した低抵抗な銅薄膜を形成しました。透過率や反射率など，膜厚で制御できます。

H. Nagai, H. Hara, M. Enomoto, C.
Mochizuki, T. Honda, I. Takano, M. Sato,
Functional Materials Letters, 6 (2013) 1-8.

H. Nagai, S. Mita, I. Takano, T. Honda, M.
Sato, Materials Letters, 141 (2014) 235237.

光で充電できるリチウムイオン電池!!

研究成果

ガラスに密着した低抵抗な銅薄膜!!

ULSI用のトレンチに銅を埋入！

透明薄膜のリチウムイオン電池を応用し，光充電でLEDを点灯できるレベルのリチウムイオン電池を作製しました。現在は，高容量化に加え，全固相化や軽量化を検討しています。

ULSI デバイスの高集積化，高性能化に伴い，Cu 配線の適用が検討されています。分子プレカーサー法で，200 nm幅の微細形状へ隙間なく銅を埋めました。

H. Nagai, T. Suzuki, Y. Takahashi, M. Sato,Functional Materials Letters, 9 (2016) 1-4.

H. Nagai, T. Suzuki, T. Nakano, M. Sato,Materials Letters, 182 (2016) 206-209.

下記の書籍は，オープンアクセスです。記載したキーワードで検索してください。自由にダウンロードできます。

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2012). Heat
Treatment in Molecular Precursor Method for
Fabricating Metal Oxide Thin Films, Heat
Treatment - Conventional and Novel Applications,Dr. Frank Czerwinski (Ed.), InTech, DOI:
10.5772/50676.

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2016). Highly
Functionalized Lithium-Ion Battery, Alkali-ion
Batteries, Dr. Dongfang Yang (Ed.), InTech, DOI:
10.5772/63491.
Keyword; Intech_highly_lithium

Keyword; Intech_molecular_precursor

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2017).
Molecular Precursor Method for Fabricating pType Cu2O and Metallic Cu Thin Films , Dr. Nikolay
N. Nikitenkov (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/63326.

Laboratory for Nano and Bio Materials

Keyword; Intech_Cu2O

e-mail: lccsato@cc.Kogakuin.ac.jp, ext. 3397

Laboratory for oxide electronics
Department of Applied Physics, School of Advanced Eng.
Mitsunobu Sato, Professor