2016 Fiscal Year Research-status Report
窒化物半導体周期的ナノ構造を基盤とした可視光応答型光触媒の開発と人工光合成応用
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15K13937
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐藤 威友 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 准教授 (50343009)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋詰 保 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (80149898)
本久 順一 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (60212263)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 半導体物性 / 半導体超微細化 / ナノ材料 / 光物性 / 新エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に得られた知見をもとに、窒化物半導体多孔質構造の最適化・機能化に取り組んだ。高アスペクト比の孔が高密度に配列した多孔質構造を実現する手法を開発し、多孔質構造に適用可能な機能修飾法の１つとして、金属有機化合物分解法（MOD法）の適用可能性を検討した。
(1) 電解液と窒化ガリウム界面の系統的電気化学評価により、多孔質構造の孔の配列密度は電圧に強く依存することを見いだした。これを基に、これまでトレードオフの関係にあった多孔質構造の配列密度と孔深さ制御を同時に達成した。電気化学エッチングを２段解に分け、エッチング初期に高電圧（15 V）で高密度のピットを形成し、その後電圧を下げ（10 V）エッチングを進行させたところ、配列密度2 × 10の10乗 cm-2、深さ40マイクロメートル以上の直線性多孔質ナノ構造の形成に成功した。
(2) 多孔質構造の孔壁に、MOD法によりNiO薄膜およびNiO微粒子を形成することに成功した。NiOは、半導体光触媒電極の陽極での腐食を防ぐ助触媒材料として機能することが知られている。NiO含有の有機化合物をGaN表面に塗布し、酸素中のアニールによりNiO薄膜とNiO微粒子を形成した。無加工基板上の試験により、NiO微粒子の密度は、MOD剤の粘度（希釈率）により調整可能であることを示した。また、走査型電子顕微鏡とオージェ電子分光法を併用した局所的な組成分析により、NiO微粒子の組成比（Ni:O）がアニール温度に大きな影響を受けることを示し、６００度以上の条件が適していることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の目標としていた光触媒の可視光応答にむけた取り組みである「構造のナノメータースケール制御」と「多孔質構造の機能修飾」に成功し、研究成果の公表として、査読付き学術誌１編、研究報告書１編、国内外の学会１３件の発表があり、当初の計画とおり順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、窒化物半導体多孔質構造を基盤とした光触媒電極の作製と可視光応答に向けた機能界面の形成に取り組む。
(1) 多孔質構造の孔内部に電解液を充填し、電解液／孔壁界面のインピーダンス特性から、多孔質構造電極における電荷交換反応の詳細を調査する。
(2) 孔壁表面にCu2O膜およびNiO膜を形成し、光学的・電気的評価から、機能膜／多孔質構造界面のエネルギーバンド構造と光電変換特性を調査する。
(3) 多孔質ナノ構造電極を用いた光触媒実験を行い、水素ガス生成量の定量的に評価する。構造パラメータが、可視光反射率および外部量子効率に与える影響を系統的に調べ、光―化学エネルギー変換の高効率化に向けた電極設計に取り組む。
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| Causes of Carryover |
ほぼ計画通りに予算を執行したが、消耗品購入の際の端数として1,672円の余剰金が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の消耗品の購入費用に加える。
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Research Products
(17 results)
