ペロブスカイト型酸化物における高速注入イオンのダイナミックス

• Project/Area Number: 07239226
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 松波 紀明 名古屋大学, 工学部, 助教授 (70109304)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 1995: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 重水素 / 異常透過 / ペロブスカイト酸化物 / イオン注入 / 熱的非平衡効果 / イオンビーム核反応法

Research Abstract

プロトン導電性固体に高速水素イオンを注入した場合、水素濃度、移動度等に対する熱的非平衡効果が期待される。本研究ではプロトン導電性ペロブスカイト型酸化物に高速D^+イオンを注入した後、D(^3He、He)p核反応より放出されるpのエネルギー分布から重水素濃度分布を求め、以下の結果を得た。
厚さ0.15〜0.5mmのSrCe_<0.95>Yb_<0,05>O_<3-α>に100KeVD^+イオンを室温にて試料に垂直に10^<18>/cm^2注入した場合、照射面では表面付近での濃度比(重水素濃度/母体濃度)4%から深さとともに減少し、1〜2.5μmではほぼ平坦な濃度分布を示した。分析条件の深さ分解能約0.1μmを考慮しても重水素濃度分布は模擬計算の分布よりもはるかに広く、物理的衝突以外の過程が含まれることを示唆する。さらに、未照射部分では重水素濃度がほぼゼロであるのに対して、照射裏面[試料を裏返した部分]にはゼロでない有意味な重水素の存在が確認できた。以上の結果から注入D^+イオンの一部が試料中を透過し、試料裏面に達していると言える。照射時間3hr中(100℃での拡散係数10^<-11>cm^2/s)の拡散距離の推定値3μmは試料の厚さよりはるかに小さい。従って、重水素の透過は通常の拡散過程では説明できない。また、イオンビーム照射中の表面電荷蓄積による電場効果について、試料厚さ0.5〜1mmの場合、表面電位の予備的な実測値は1V程度であり、照射時間3hr中の移動距離は0.4μm(100℃での移動度4x10^<-10>cm^2/V・s)となり、電場効果の影響も小さいと考えられる。BaCe_<0.9>Y^<0.1>O_<3-α>(0.3mm)、SrZr_<0.9>Yb_<0.1>O_<3-α>(0.3mm)においても重水素の異常透過が観測されたが、CaZr_<0.9>In_<0.1>O_<3-α>(0.5mm)では重水素の異常透過は見られなかった。