金属フタロシアニン薄膜NO2ガスセンサの形成と実用化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650343
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 村上 健司 静岡大学, 電子工学研究所, 助教授 (30182091)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邉 健蔵 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (70022142)
• Keywords: NO2ガスセンサ / 有機薄膜 / フッ化アルミフタロシアニン(AlFPc) / 置換金属フタロシアニン / ガス応答特性 / 真空昇華法 / 分子線源 / 非対称側鎖

Research Abstract

フッ素で架橋したアルミニウムフタロシアニン(AlFPc)は、電気伝導方向への配向性が高いため、膜厚を薄くしてもガスセンサとして十分な電気伝導度が期待される。しかしながら、通常の真空昇華法による薄膜作製では、薄い膜の膜厚制御は難しく、分子配向も崩れる可能性がある。そこで、薄い膜の形成に適し、分子配向を維持した堆積が期待される分子線源を利用した薄膜形成を行った。堆積は、10^<-8>Torr台の真空中で清浄な雲母基板上に行い、水晶振動子により膜厚を10、20及び40nmに制御した。
分子線源を用いて堆積したAlFPc薄膜は、予想通り比較的高い電気伝導度を有し、1ppmのNO_2ガスに対して十分な感度を示した。繰返しを含めた応答特性は薄い膜ほど改善されたが、完全な回復は示さなかった。これは、基板と水晶振動子の位置関係により正確な膜厚が測定できず、実際の膜厚よりも薄く表示しているためと思われる。そこで、従来の昇華源を用い、10^<-6>Torr台で堆積速度を十分に遅くし、10〜20nmの膜厚のAlFPc薄膜を形成し、ガス応答特性を測定した。応答速度、回復特性ともに大きく改善され、分子配向を制御した非常に薄いAlFPc膜の有用性が確認された。
次に、AlFPcの一部を非対称な側鎖で置換した、フッ化アルミニウムテトラブチルフタロシアニン(AlFPc(C_4H_9)_4)及びフッ化アルミニウムオクタメチルフタロシアニン(AlFPc(CH_3)_8)を合成した。これらの置換AlFPc分子は、堆積膜において高い配向性が期待され、NO_2分子に対するガス感度ならびに応答特性を改善すると考えられる。実際、真空昇華法による薄膜は改善された特性を示し、これらの原料分子の有用性を明らかにした。

Research Products

• [Publications] 向 前: "Effects of pre-doping and post-annealing on fluoroaluminum phthalocyaine thin films for NO2 gas sensing"Chemical Sensors. 17・Suppl.B. 43-45 (2001)
• [Publications] 向 前: "Synthesis of substituted fluoroaluminum phthalocyanines for thin film-based NO2 gas sensors"静岡大学大学院電子科学研究科研究報告. 23. (2002)