パルスレーザー堆積法によるNbドープSrSnO₃エピタキシャル薄膜の電気的・光学的性能最適化

概要

NbドープSrSnO₃（SSNO）薄膜を、パルスレーザー堆積法で様々な酸素圧力と基板温度条件下でLaAlO₃(001)単結晶基板上にエピタキシャル成長させました。薄膜の結晶構造、電気的、光学的特性を詳細に調査しました。X線回折結果では、エピタキシャル特性を維持しながら、酸素圧力上昇に伴い薄膜のセル体積が徐々に減少することが示されました。X線光電子分光（XPS）分析で、SSNO薄膜中のNb⁵⁺酸化状態が確認されました。ホール効果測定を行い、0.2 Pa、基板温度780℃で作製した膜が、室温で最低抵抗率31.3 mΩ·cm、ホール移動度3.31 cm²/V·s、キャリア濃度6.03×10¹⁹/cm³を示しました。この試料の温度依存抵抗率は金属-半導体転移を示し、主に電子-電子相互作用効果で説明されます。薄膜の光学透過率は600〜1800 nm波長域で70%以上です。酸素圧力を20から1×10⁻³ Paに下げると、間接バンドギャップが4.35〜4.90 eV、直接バンドギャップが4.82〜5.29 eVに増加し、これはバースタイン・モス効果と高真空で生成される酸素欠損で解釈できます。

背景

透明導電酸化物（TCO）は、低電気抵抗率と高光学透明性の両方を持つ特異な材料です。この2つの重要な特徴の組み合わせにより、TCOはpn接合、電界効果トランジスタ、太陽電池などの光電子デバイスの鍵材料となっています[1,2,3,4,5,6,7]。典型的なTCO材料として、SnドープIn₂O₃は、可視領域で90%以上の高透過率と1×10⁴ S/cmの優れた導電性により広く使用されてきました[8]。AlドープZnO[9, 10]やSbドープSnO₂[11]などの他のよく知られたTCOも注目されています。これらの比較的高性能な導電特性は、伝導帯が非局在化金属s軌道で構成される特殊な電子構造に相関し、低い電子実効質量と高い分散をもたらします[8]。与えられた材料では、低実効質量と高分散が高電気伝導度につながります。しかし、これらの二元酸化物には熱的・化学的不安定性など固有の限界があり、酸化物電子アプリケーションの動作で劣化問題を引き起こします。したがって、二元酸化物の弱点を補う満足のいく性能を持つ代替材料を見つけるための多くの努力が払われてきました。ペロブスカイト構造を持つ材料は、超伝導[12]、マルチフェロイック[13]、巨大磁気抵抗[14]などの例外的な物理的特性を示すことが発見されています。従来の二元TCOと比較して、より優れた構造安定性を示し、化学修飾においてより柔軟で、物理的特性の改善や新規機能の実現に貢献する可能性があります。

アルカリ土類スズ酸塩ASnO₃（A = Ca、Sr、Ba）は、興味深い誘電特性と熱安定コンデンサなどの応用により注目されています[15,16,17]。最近、これらのペロブスカイトは、高光学透明性と高キャリア移動度という独自の特徴に基づき、新しいTCO薄膜としても大きな注目を集めています[18,19,20,21,22]。それらの価電子帯は主にO 2p軌道で構成され、伝導帯はフェルミ準位上に位置するSn 5s軌道によって大きく寄与し、広いバンドギャップを形成します[23]。ASnO₃の小さな電子実効質量、ひいては良好な電気伝導度は、Snの大きなサイズが伝導帯端に反結合性s性を与えることに起因します[23]。ASnO₃の中で、SrSnO₃（SSO）は4.1 eVのバンドギャップを持つ半導体挙動を示し、a = 5.708 Å、b = 5.703 Å、c = 8.065 Åの格子定数を持つ斜方晶構造をとります[24]。純粋なSSO薄膜は導電性を持ちません。SSO薄膜の伝導度をさらに向上させるため、SrサイトへのLa[25]やSnサイトへのTa[26]など、多くの元素がドーパントとして選ばれキャリア生成が試みられてきました。適切なドープ元素と適切なドーパント濃度の選択は、最適化された成長条件とともに高性能TCO薄膜を得るために極めて重要です。Nb元素はTCO薄膜で部分置換によく採用され、Nb⁵⁺陽イオンの高い価数状態によりより多くのキャリアが材料系で生成される恩恵を受けます。実際、Nbイオン導入による高密度キャリア生成は実験的および第一原理計算結果で実証されています。例えば、NbドープTiO₂薄膜は室温抵抗率2×10⁻⁴ Ω·cmを示し[27]、NbドープZnO薄膜は最低抵抗率8.95×10⁻⁴ Ω·cmを示しました[28]。本質的物理学と基礎科学の観点から、NbドナーはSnイオンがNbで置換される際にSSOの伝導帯に1電子を供与し（Nb⁵⁺（0.64 Å）とSn⁴⁺（0.69 Å）のイオン半径が類似）、電子ドープSSO薄膜で伝導度向上をもたらします。一方、TCO薄膜の物理的特性は、成長時の堆積酸素圧力と温度によっても調整可能です。BaSnO₃（BSO）[29]、LaNiO₃[30]、SrTiO₃薄膜[31]の輸送特性、GdドープZnO薄膜の磁気挙動[32, 33]が酸素圧力に敏感であることが以前報告されています。LaドープSSO薄膜とNdドープBSO薄膜も、電気的特性と堆積温度の間に顕著な相関を示しました[20, 34]。物理的性能をより良く制御し、調査のための高品質薄膜を得るため、これらの主要堆積条件が薄膜に及ぼす影響を研究することは大きな意義があります。しかし、SSO薄膜の構造的、光学的、電気的特性への酸素圧力と基板温度の影響に関する先行報告は非常に限られています。したがって、本研究ではこの側面に焦点を当てます。一連のNbドープSSO薄膜をパルスレーザー堆積法（PLD）で作製しました。薄膜の透過率測定に影響を与えないよう、5.5 eVの広いバンドギャップを持つLaAlO₃単結晶基板を薄膜堆積に用いました。成長時の酸素圧力を1×10⁻³〜20 Pa、基板温度を660〜820℃で変化させました。薄膜の構造、電気的、光学的特性を詳細に調査しました。

方法

Sr(Sn₀.₉₅Nb₀.₀₅)O₃（SSNO）ターゲットを、高純度SrCO₃、SnO₂、Nb₂O₅を原料として固相反応で作製し、最終焼結温度を1520℃で10時間維持しました。2グループのエピタキシャルSSNO薄膜（A群とB群）を、248 nm KrFエキシマレーザーを用いて3 Hzの繰り返し周波数でSSNOターゲットをアブレーションするPLD法でLAO(001)基板上に成長させました。回転ターゲット表面上のレーザーエネルギー密度は約1.8 J/cm²、基板-ターゲット距離は55 mmに保ちました。A群サンプルはまず、基板温度を780℃に固定し、酸素圧力を1×10⁻³〜20 Paで変化させて抵抗率を最適化するために作製しました。最適化された酸素圧力に基づき、B群膜を基板温度660〜820℃で変化させてさらに最適成長条件を探索しました。純粋酸素流入前のチャンバー基圧は1×10⁻⁴ Paでした。堆積後、すべての膜を同じ酸素雰囲気で冷却する前に、インサイチュで15分間アニーリングしました。薄膜構造は、Cu Kα₁源（λ = 1.5406 Å）を用いた高分解能X線回折（XRD、Empyrean PANalytical）で評価しました。面内および面外回折2θ-ωスキャンとφスキャンを実施し、エピタキシャル成長を決定しました。ωスキャンで膜の結晶性を確認し、逆空間マッピング（RSM）で歪み状態を調査しました。膜成長速度はX線反射率で推定し、各堆積膜厚を230 nmで制御しました。X線光電子分光（XPS、Thermo, escalab 250XI）で元素の価数状態を分析しました。ホール効果測定をファンデルパウ幾何でEcopia HMS-3000システムを用いて室温で実施しました。膜の温度依存抵抗率曲線を、標準四端子法でKeithley 2400ソースメータを用いて300〜30 Kの温度範囲で取得しました。200〜1800 nm波長域の光学透過率をUV-vis分光光度計（Lambda 950, Perkin Elmer, USA）で測定しました。

結果と考察

図1a、bに、LAO(001)単結晶基板上に成長した様々な酸素圧力下のSSNO薄膜の(002)面と(101)面に沿った2θ-ωリニアスキャンを示します。基板温度を780℃に保ち、A群膜を1×10⁻³、0.03、0.2、5、20 Paで作製しました（図中に表記）。(002)と(101)反射ピークのみが観測され、膜中に他の不純物相がないことが示されます。これは、20 Pa、780℃で作製した膜の広範囲XRD 2θ-ωスキャン（代表例として図S1に示す）でもさらに証明できます。Nbドーパントの構造特性への影響を調べるため、同成長条件のSSO膜のXRD結果も図S1に示しています。SSNO膜の(00l)ピークがSSO膜と比較して高い2θ角にシフトしていることが観察され、これはNb⁵⁺（0.64 Å）とSn⁴⁺（0.69 Å）のイオン半径差に起因します。A群で堆積酸素圧力を下げると、回折ピークが徐々に低い2θ角にシフトし、格子定数とセル体積が増加します。図1cに、A群SSNO膜の(002)ピークから取得したロッキングカーブを示します。半値全幅（FWHM）の酸素圧力依存性を図1cのインセットに示します。酸素圧力が1×10⁻³から20 Paに増加すると、FWHM値が1.08°から0.17°に減少し、20 Paで作製した膜が最高の結晶性を持つことがわかります。より多くの酸素がSSNO膜の核生成、結晶化、成長に有益であることがわかります。類似現象が酸素欠乏SSO膜とZnO膜で報告されています[35, 36]。図1d、eに、B群SSNO膜の(002)と(101)反射に沿った2θ-ωスキャンを示し、他の相は観測されませんでした。これらのサンプルは0.2 Paで基板温度660、700、740、780、820℃で堆積されました。XRD φスキャンを実施し、ψ = 45°で回折面を設定して、LAO基板に対するSSNO膜の面内配向を調査しました。図1fに示すように、780℃、0.2 Paで作製した膜とLAO基板の(101)反射周辺で、隣接ピーク間隔90°の四重反射ピークが同じ角度で発生し、SSNO膜がLAO(001)基板上にキューブ・オン・キューブ配向でエピタキシャル成長していることを示します。

図1a、bの(002)と(101)回折ピークを用いて、様々な酸素圧力で堆積した膜の面内および面外格子定数を計算できます。図2aに示すように、セル体積と格子パラメータは、酸素圧力が1×10⁻³から20 Paに増加するにつれて同じ減少傾向を示します。これらの堆積サンプルの3パラメータ計算値を表1に示します。堆積酸素圧力による格子定数変化は、他の酸素欠乏ペロブスカイト薄膜[29, 35]でも観察されており、酸素空孔の存在に起因すると考えられます。実際、AサイトとBサイト陽イオン（この場合SrとSnまたはNb）間に強いクーロン反発が存在し、この相互作用は高密度の正に帯電した酸素空孔により増強されます[29, 37]。堆積酸素圧力を下げると、面内格子定数は面外格子定数より変化が小さく、これは膜成長プロセスに関連します。類似現象が酸素欠乏BSO膜でも見られます[29]。図2bに、様々な酸素圧力の膜から得られた非対称(1̅03)反射のRSM結果を示します。SSNO膜とLAO基板からの回折スポットのみが観測されます。膜と基板のスポット間に大きな距離があり、膜と基板のかなりの格子ミスマッチにより膜がほぼ完全に緩和されていることがわかります。格子ミスマッチ値は、酸素圧力20から1×10⁻³ Paで7.04、7.07、7.12、7.13、7.15%と評価されました。一方、酸素圧力を下げると、SSNO膜の反射スポットが分散し強度が弱くなり、前述のXRD ωロッキングカーブ結果と良く一致します。SSNO膜またはLAO基板の格子定数a、b、cは、Qx*とQy*値（a = b = -λ/2Qx*、c = 3λ/2Qy*）を用いてRSMからも推定できます。RSMから計算された格子定数が2θ-ωリニアスキャンからのものと一致することが確認されました。様々な基板温度で0.2 Pa堆積した膜の(1̅03)面RSM結果も図S2に示しています。膜スポットがほぼ同一位置で観測され、これらの膜の格子パラメータが類似していることを示します。

図3に、780℃で成長し異なる酸素圧力下の膜について、化学元素の価数状態を調べるためにXPSを用いた結果を示します。すべての結合エネルギーは、C 1sピークを284.6 eVで校正して補正しました。図3aに、調査全サンプルで1.8 eVのピーク分離を持つSr 3dスペクトルの二重線を示します。135.05±0.10 eVと133.25±0.10 eVの結合エネルギーは、それぞれSr 3d₃/₂とSr 3d₅/₂線に割り当てられ、堆積膜中のSr²⁺イオンを示します[38]。Sn 3d状態のXPSデータを図3bに示します。NISTデータベースに基づき、Sn⁰、Sn²⁺、Sn⁴⁺状態のSn 3d₅/₂結合エネルギーはそれぞれ約485.0、485.9、486.6 eVに位置します。20、5、0.2 Paで作製したサンプルでは、Sn 3d₃/₂とSn 3d₅/₂の2線が494.68 eVと486.27 eVに位置し、スピン軌道分裂8.4 eVで、これらの膜にはSn⁴⁺状態のみ存在することを示唆します。しかし、酸素圧力を1×10⁻³ Paまで下げると、Sn 3dピークがわずかに低結合エネルギー側へシフトし、494.59 eVと486.18 eVに位置し、Sn⁴⁺からSn²⁺への部分的転移が明らかになりました。この結果は、Sn²⁺のイオン半径（1.12 Å）がSn⁴⁺（0.69 Å）より大きいため、格子定数の顕著な変化を説明するのにも役立ちます。Snでの類似価数転移現象は、TaドープSSO膜[26]とLaドープBSO膜[39]でも観察できます。図3cに、Nb 3dスペクトルを示し、Nb 3d₃/₂とNb 3d₅/₂からの遷移に対応する2.7 eV分離の二重線が見られます。0.2〜20 Paのサンプルでは、Nb 3d₃/₂とNb 3d₅/₂の結合エネルギーが約210.10 eVと207.40 eVに現れ、1×10⁻³ Paでは209.77 eVと207.07 eVに低下します。この結果は、SSNO膜中でNbイオンが+5状態で存在することを確認します[40,41,42]。高真空下で作製したサンプルのNb 3d信号結合エネルギーのわずかな低下は、Nbイオン周辺の化学環境変化による可能性があります。図3dに、SSNO膜の非対称O 1s信号を示します。すべてのデータはガウス・ローレンツ関数で3つの混合曲線に分割できます。最低結合エネルギー529.94±0.15 eVのピークは格子酸素に対応し、より高い結合エネルギー531.48±0.15 eVと532.50±0.15 eVの他の2ピークは、それぞれ酸素空孔領域のO²⁻イオンと緩く結合した酸素に相関します[29, 43]。低、中、高結合エネルギーピーク下の積分面積をそれぞれOₐ、Oₑ、O꜀とします。すると、各膜の相対酸素空孔濃度は[Oₑ/(Oₐ+Oₑ)]で定量化できます。図3dのデータから取得したこの比の値は、酸素圧力1×10⁻³から20 Paで47.5%、19.8%、16.0%、15.1%であり、SSNO膜中の酸素空孔濃度が酸素圧力低下とともに徐々に増加することを示唆します。

SSNO膜の輸送特性への酸素圧力と堆積温度の影響を理解するため、ホール効果測定を実施し、室温でのキャリア濃度（n）、ホール移動度（μ）、電気抵抗率（ρ）を決定しました（図4）。1×10⁻³ Paのサンプルは約100 MΩの高抵抗率を示しました（図示せず）、他の膜はすべてn型伝導を示しました。図4aから、酸素圧力を20から0.2 Paに下げるとキャリア濃度が6.03×10¹⁹/cm³に増加します。SSNO膜の主要電荷キャリアである電子は、酸素空孔とSnサイトのNb置換の両方からの電離によって生成されます。Nb濃度は、XPS測定でNb 3dとSn 3dピーク下の面積を比較し感度因子で補正することで推定できます。Nb/(Sn+Nb)の原子比は、0.2、5、20 Paで成長した膜でそれぞれ0.061、0.064、0.071と計算されました。酸素圧力上昇に伴うこのドーパント濃度増加は、GdドープZnO薄膜でも見られます[44]。計算されたNb濃度はSSNO膜の公称ドープ含有量よりわずかに大きく、これは半定量的XPS分析による可能性があります。一方、酸素圧力を0.2 Paまで下げると、XPS結果で証明できるように相対酸素空孔濃度が徐々に増加します。したがって、増加した酸素空孔数によるキャリア供与とドーピング濃度の変動が、より高いキャリア濃度の原因を説明し得ます。(002)ピーク位置の酸素圧力変化によるシフトも、ドーパント濃度の偏差に関連している可能性があります。電子移動度はキャリア濃度と同じ傾向で変化し、0.2 Paで最大値3.31 cm²/V·sを示します。酸素圧力増加に伴う移動度低下は、フェルミ準位がバンドギャップ中心側へシフトし、伝導帯端以下に位置する散乱中心の有効性が高まることに起因します[45]。ρ = 1/neμ（eは電子電荷）の関係を考慮すると、0.2 Paで観測された最低室温抵抗率31.3 mΩ·cmは、この堆積酸素圧力で最大キャリア濃度と電子移動度が得られる結果です。しかし、酸素圧力を0.03 Pa、さらに1×10⁻³ Paまで下げると、SSNO膜に相当な酸素欠陥が生成され、無秩序構造、劣悪な結晶性（図1cインセット参照）となり、電子局在を促進します[46]。さらに、XPS分析で1×10⁻³ PaサンプルのSn²⁺とSn⁴⁺の電荷不均化が示され、これがキャリア濃度増加をさらに阻害し電気伝導度を抑制します[41]。結果として、1×10⁻³ Paサンプルで輸送特性の著しい劣化が得られます。類似の変化傾向がZnO膜[47]とBSO膜[48]でも観察されています。さらに、堆積酸素圧力を0.2 Paに固定し、基板温度依存性を調べた結果を図4bに示します。明らかに、温度上昇に伴いキャリア密度が660℃から780℃で徐々に増加し、780℃堆積サンプルで最大値6.03×10¹⁹/cm³を達成します。抵抗率はキャリア濃度と逆の傾向を示し、これらの膜の電気伝導度がキャリア濃度で大きく決まることを示します。最低室温抵抗率31.3 mΩ·cmは780℃で得られます。ホール移動度も抵抗率とほぼ同じ堆積温度依存性を示します。したがって、SSNO膜の伝導度は基板温度でも調整可能であることがわかります。

図5a、bに、30〜300 K温度範囲で異なる条件下で成長したSSNO膜の温度依存抵抗率曲線を示します。0.03 Pa堆積膜では、温度低下に伴い抵抗率が増加（dρ/dT < 0）し、半導体挙動の特徴を示します。伝導メカニズムを理解するため、温度依存抵抗率の詳細解析を行いました。図5a下部インセットに示すように、lnρとT⁻¹ᐟ⁴の間に線形関係が存在し、可変レンジホッピングが主要伝導メカニズムであることを示唆します[49]。0.2 Pa、基板温度780℃で堆積した膜のみが、157 Kで金属-半導体転移（MST）を示します。MST温度以上の金属的挙動は、システムに導入された高密度キャリアによる縮退バンド形成に起因し、低温での半導体挙動は無秩序による電子局在で説明できます[50, 51]。類似のMST挙動がTaドープSSO[26]と酸素欠乏BSO膜[29]でも見られます。この膜の輸送メカニズムをさらに説明するため、電子フェルミ波長λF = [2π/(3π²n)¹ᐟ³]と平均自由行程l = (h/ρne²λF)が比較可能になる場合、無秩序物質中の伝導度モデルを用いることができます[50, 52, 53]。低温ではλFとlが比較可能と推定されます。したがって、半古典的ボルツマン抵抗率方程式を考慮し、以下の関係で実験データをフィッティングします[54,55,56]：

ρ(T) = 1/(σ₀ + a₁T + a₂T¹ᐟ²) + bT² (1)

ここでσ₀は残留伝導度、a₁T項は弱局在に対応し、a₂T¹ᐟ²は3D膜でのe⁻-e⁻相互作用を記述します。bT²項は高温での散乱寄与の拡張記述として含まれます。図5aの実験データを通る実線の暗灰色ラインは、式(1)がρ(T)の優れたフィッティング結果を与えることを示します。フィッティング結果の値は、σ₀ = 28.0 mΩ⁻¹cm⁻¹、a₁ = -0.02 mΩ⁻¹cm⁻¹K⁻¹、a₂ = 0.65 mΩ⁻¹cm⁻¹K⁻¹ᐟ²、b = 9.19×10⁻⁹ mΩ·cm·K⁻²です。a₁がa₂よりはるかに小さいため、低温での抵抗率への寄与は主に電子-電子相互作用であると結論付けられます。酸素圧力を5と20 Paに上げると、SSNO膜の抵抗率値は徐々に増加し、測定温度範囲全体で半導体挙動が支配的になります。図5a上部インセットに示すように、2サンプルのρ-lnT曲線に良好な線形関係が観察され、対応するメカニズムは2次元弱局在[57]であり、これは系の欠陥上での伝導電子の量子干渉に本質的に起因します。いくつかの電子伝導経路での非弾性散乱を考慮すると、干渉効果はt < t₁でのみ存在します。ここでt₁は非弾性散乱時間です。図5bの様々な基板温度サンプルはすべて、30〜300 Kで半導体挙動を示します。酸素圧力0.2 Pa固定で、温度依存抵抗率が660℃から780℃で最初に減少し、820℃で増加することが明確に見られます。図5bインセットに示すように、660、700、740、820℃サンプルのρとlnTの線形関係も弱局在メカニズムを示します[58, 59]。

図6a、bに、1×10⁻³〜20 Pa堆積および660〜820℃堆積のSSNO膜の200〜1800 nm波長域透過スペクトルを示します。様々な酸素圧力と堆積温度の膜の光学透過率は、基板が一部光を吸収する可能性があるものの、600〜1800 nmスペクトル域で70%以上です。膜は近赤外領域まで高い透過率を示し、これは太陽電池でのTCO応用に必要な特性です。この特性は、ほとんどのTCO膜で近赤外領域での吸収による透過率低下が見られること[20, 60]とは異なります。また、基本吸収端が近紫外領域にあることも観察されます。図6aから、780℃堆積SSNO膜の吸収端が酸素圧力20から1×10⁻³ Paへの低下に伴い短波長側へシフトすることがわかり、インセットでより明確に示されています。一方、酸素圧力0.2 Pa固定では、様々な基板温度で成長した膜の吸収端がほぼ重なり合っています（図6b）、堆積温度がSSNO膜の光学特性を明確には変調しないことを示します。膜のバンドギャップEgは以下の式で推定できます：

(αhν)ⁿ = A(hν - Eg) (2)

ここでαは吸収係数、hνは光子エネルギー、n = 1/2で間接バンドギャップ、n = 2で直接バンドギャップ、Aは電子-正孔移動度に関連する定数、Egは伝導帯底と価電子帯頂の分離エネルギーです。ここで、α = (1/d)ln(1/T)の関係でαを計算できます。dは膜厚、Tは透過率です。図6c、dに、780℃堆積で異なる酸素圧力のサンプルについて、(αhν)¹ᐟ²対hνと(αhν)²対hνのプロットをそれぞれ示します。バンドギャップは曲線の線形部分をα = 0まで外挿して取得できます。重要なことに、酸素圧力低下に伴いバンドギャップが、間接ギャップで4.35〜4.90 eV、直接ギャップで4.82〜5.29 eVに増大することが評価されました（図6dインセットに記載）。酸素圧力20から0.2 Paまでの変化では、キャリア濃度増加によるSSNO膜のバンドギャップ拡大は、n型半導体の伝導帯内フェルミ準位上昇に関連し、これはバースタイン・モス効果と呼ばれます[61, 62]。伝導帯の低エネルギー準位が伝導電子で埋め尽くされるため、より高エネルギー光子のみ吸収可能となり、バンドギャップが拡大します[63]。より低い酸素圧力で堆積したサンプルでは、更なるバンドギャップ増大はこの膜で生成される相当量の酸素空孔によるものです[35]。

結論

まとめると、異なる酸素圧力と基板温度でのエピタキシャルNbドープSrSnO₃薄膜を、PLD法でLAO(001)基板上に作製しました。薄膜構造を高分解能X線回折で詳細に評価し、2θ-ωスキャン、φスキャン、ωスキャンロッキングカーブ、RSMを含めました。XPS分析でSSNO膜中にNb⁵⁺が存在することが明らかになりました。ホール効果測定を実施し、0.2 Pa、780℃堆積サンプルが最低室温抵抗率31.3 mΩ·cm、移動度3.31 cm²/V·s、キャリア濃度6.03×10¹⁹/cm³を持つことが判明しました。この膜の温度依存抵抗率は金属-半導体転移を示し、電子-電子相互作用に基づいて議論しました。しかし、他の条件で成長した膜はすべて半導体挙動を示し、可変レンジホッピングや2次元弱局在モデルで解析できます。膜の高光学透過率（600〜1800 nmで70%以上）が観察されました。異なる酸素圧力の膜では、バンドギャップ変動はバースタイン・モスシフトと酸素空孔に起因します。SSNO膜は、酸素堆積圧力を変えるだけで絶縁体と導体の間で柔軟に調整可能です。この特性は、絶縁誘電体と導電電極の両方で構成される電界効果トランジスタやその他の電子デバイスに利用できます。