カルコゲナイド

カルコゲナイド

カルコゲナイド材料は、少なくとも1つのカルコゲン アニオン（グループ16の要素）、特に硫化物、セレン化物、およびテルル化物（赤色で表示）で構成されています。遷移金属カルコゲナイドは、カルコゲナイド（S、Se、Te）と結合した遷移金属（dブロック要素）で構成されています。これらの材料は、固有の材料特性を示し、共有結合性が高く、半導体特性を示します。

遷移金属ジカルコゲナイド（TMD）には、金属ジスルフィド（MS2）、金属二セレン化物（MSe2）、または金属ジテルル化物（MTe2）を形成する金属が含まれます。最近の研究で特に関心のあるTMD材料は、周期表で緑色で表示されています。

用途

原子層蒸着（ALD）技術を使用すると、直接、またはALD蒸着後に硫化アニールを使用して、薄膜カルコゲナイド材料を蒸着できます。ALD手法は、正確な材料組成と制御された膜厚で、コンフォーマルな方法で3次元フィーチャーに膜を蒸着させる独自機能を提供します。

太陽電池（PV）、フォトニクス、触媒作用、およびエネルギー貯蔵用途向けの遷移金属カルコゲナイド材料に注目が集まっています。特に興味深いのは、硫化物カルコゲナイド材料です。

CNTプラットフォームに蒸着されたカルコゲナイド膜の例

  • ZnS – Zn(1-x)OxS – CoS
  • In2S3 – PbS – Sb2S3
  • Cu2S – Cu2ZnSnS4

シングル ジャンクション効率の制限

ALD硫化物吸収材

参照：Dasgupta, N. P., et al., Accounts Chem Res 48, 341–348 (2015).

カルコゲナイド太陽電池（PV）

原子層蒸着（ALD）技術を使用すると、薄膜カルコゲナイド材料を蒸着できます。

太陽電池（PV）用途のカルコゲナイド材料は、バンドギャップ エネルギーがより高いレベルの効率（1-1.6 eVで 31 – 34%の効率）を達成するのにより適している吸収体材料として検討されてきました。四元膜は、銅亜鉛硫化錫（CZTS）などのALD技術を使用して蒸着できます。ALD蒸着材料は、製造されたバッファー/エミッター材料（In2S3、ZnS、CdS、およびZn（O、S））にも使用できます。

エネルギー貯蔵

ALD蒸着膜は、エネルギー貯蔵およびバッテリー用途で研究され、性能の向上が実証されています。

  • Cu2S /カーボンナノチューブ（CNT）カソード（260 mA h g-1）
  • Li2S（800 mA h g-1）

フォトニクス

カルコゲナイド材料は、フォトニックおよびソーラー用途でも使用されています。
TFELディスプレイ用ZnS（最初のALD産業用アプリケーション）


シリコン トレンチ ウエハに蒸着されたCu2S / SnS2 / ZnSの3層
参照：Thimsen et al. , Chemistry of Materials, 24(16), 3188–3196 (2012)

2Dジカルコゲニド

2次元ジカルコゲニドは、バンドギャップの半導体特性、フォトルミネッセンス、吸光度など、膜厚が1つの単分子層の厚さに減少する際の固有の材料特性について調査されてきました。原子層蒸着（ALD）は、1分子層の厚膜を実現するための直接的な方法を提供します。ALDと硫化アニールを使用した2段階プロセス、または遷移金属二カルコゲナイド（TMD）材料の直接成長法の開発を目指して、研究が活発に行われています。
TFELディスプレイ用ZnS（最初のALD産業用アプリケーション）

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参考資料 – Veeco CNT ALDプラットフォームで行われた最新の刊行物

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