2016 Fiscal Year Research-status Report
酸化タングステン薄膜の構造制御エピタキシャル成膜と超高感度バイオセンサへの応用
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16K04936
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
矢野 満明 大阪工業大学, 工学部, 教授 (40200563)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小池 一歩 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (40351457)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 三酸化タングステン / エピタキシャル成長 / 結晶構造 / プロトンの注入と注出 / 電気特性の変化 / 光学特性の変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、結晶構造と面方位を制御して酸化タングステン単結晶薄膜を作製するエピタキシャル成長技術を開発し、プロトンの注入・注出にともなう電気伝導率の変調の最大化によって、酵素反応で生成するプロトンの注入による、電界効果トランジスタ型超高感度バイオセンサを実現することである。平成28年度は次の研究を実施した。
１．酸化タングステンのチャンク結晶と酸素ラジカルをソースとした分子線エピタキシャル成長法でr面サファイア基板に薄膜成長を行い、当該薄膜について原子間力顕微鏡による表面モホロジー観察、X線回折（2θ/ωスキャン、Φスキャン、極点図、逆格子マッピング）による結晶構造解析、ラマン分光測定による原子結合解析を実施した。その結果、初期成長層のみを高温成膜する2段階成膜法で、c軸配向のモノクリニック構造単結晶薄膜を得ることに成功した。
２．上記の単結晶薄膜を溶液ゲート型エレクトロクロミック素子に加工し、希薄硫酸水溶液を電解液としたプロトンの注入・注出に伴う結晶学的、光学的、電気的特性の変化を調べ、アモルファス酸化タングステン膜を用いた素子と比較した。その結果、アモルファス素子では正バイアス印加でプロトンが注入されタングステンブロンズ（WO3:H)を形成し、負バイアス印加で全量が注出される可逆的なバイアス応答を示した。一方、単結晶素子では正バイアスで注入されたプロトンがタングステンブロンズと配位水（WO3:ｎH2O)を形成し、負バイアスの印加でタングステンブロンズのプロトンは注出されるが配位水のプロトンは結晶中に留まった。タングステンブロンズは主として可視光の長波長領域に吸収を生じ配位水は近赤外領域に反射を生じ、配位水を生じた状態は高密度のｐ型フリーキャリアを有し室温乾燥空気中で1か月以上安定であるが100℃10分の熱処理で元のモノクリニック構造に戻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
立案した研究計画に沿って実施が進んでおり、研究成果もおおむね順調に得られている。平成28年度のプロトンの注入・注出実験は主としてr面サファイアを基板とした酸化タングステン膜を用いて行ったが、並行して、格子定数がより近いアルミニウムタンタル酸ランタンストロンチウム基板を用いた酸化タングステンのエピタキシャル成長にも着手することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度に得られた成果を基に、酸化タングステン薄膜成膜技術の精密化と、タングステンブロンズならびに配位水を有する酸化タングステンの構造解析を進める。
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| Causes of Carryover |
当初予算額と執行額の差異が出た主たる要因は物品費である。これは、研究課題の達成に必要な薄膜成長のための基板単結晶材料と薄膜材料を購入するにあたり、当初は本科研費からの支出を予定していたが、大学から配分された研究経費にて執行したためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度に繰り越した金額は、不足する基板単結晶材料と薄膜材料の追加購入、ならびに、研究を加速するために援助を依頼する研究協力者への謝金に充当する。
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[Presentation] Electrochromic properties of single-crystalline tungsten trioxide films grown by molecular beam epitaxy2016
Author(s)
M. Murayama, W. Kuwagata, K. Koike, H. Harada, S. Sasa, M. Yano, S. Kobayashi, K. Inaba
Organizer
IEEE 2016 International Meeting for Future Electron Devices, Kansai
Place of Presentation
Ryukoku University, Kyoto, Japan
Year and Date
2016-06-23 – 2016-06-24
Int'l Joint Research
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