高性能半導体ガスセンサのための表面設計に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、極微量ガスの検知を可能とする酸化物半導体ガスセンサを構築するために、材料設計、特に表面設計に関して統一的な理解を得ることを目的としている。平成25年度(11月末まで)は、異なる条件で調製した酸化スズについて、昨年度に引き続き詳細な解析を行った。センサ特性の違いは、センサ材料の光電子分光測定からは説明できなかったが、軽水(H_2O)と重水(D_2O)の交換反応を赤外分光法で直接比較する拡散反射型フーリエ変換赤外分光法(DRIFT)により、さらに解析を行った。その結果、SnO_2-Clから得られたSnO_2への水の吸着は他の試料よりゆっくり起こることがわかった。このような特徴は試料表面に残存するClイオンの水に対する親和性に起因すると考えられる。また、SnO_2-OHAcから得られたSnO2では、元々OH基を多く含むことから水蒸気吸着の電子的効果は低いと考えられた。しかし、得られたセンサ特性と出発原料の違いをより明確に説明するためには、強制的にClイオンを導入するなどの更なる検討が必要である。平成25年4月から11月までに得られた結果を総括すると以下のようになる。①出発原料はセンサ特性に顕著に影響を与える。②バルクと表面の不純物(例えばCl)は水蒸気効果と密接に関係する。③出発原料にOH基が含まれると水蒸気の影響を抑制することができる。以上の結果は、実用ガスセンサを設計する上で非常に重要な知見であり、これらをまとめた論文を執筆中である。