Elucidation of growth mechanism and local structure of anatase titanium oxide single crystal thin film by hydrothermal synthesis

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05323
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: Shimomura Masaru 静岡大学, 工学部, 教授 (20292279)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: アナターゼ / 酸化チタン / エピタキシャル成長

Outline of Final Research Achievements

In this study, a large-area anatase-type titanium oxide thin film is heteroepitaxially grown on a single crystal substrate such as LaAlO3 (LAO) by the solvothermal method, and the growth mechanism is clarified. Another objective is to elucidate the local structure and electronic state around the dopant in detail. In this study, acetylacetone was used as a stabilizer for growing epitaxial thin films. The grown epitaxial thin film has (001)[100]TiO2|| (001)[100]LaAlO3 orientation and its thickness is about 2.5 μm. Also, by using fluorescent X-ray holography, it was clarified that dopant atoms substituted Ti sites.

Free Research Field

結晶成長

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究によって、酸化チタンアナターゼ薄膜がソルボサーマル法によりLaAlO3単結晶基板上にエピタキシャル成長できることが判明したことは、大きな学術的意義がある。また、ランタノイドであるErをドープした際のサイトがTiの置換サイトであることが判明したことについても意義深い。
これらの結果は、大面積アナターゼ結晶が安価な液相成長できる可能性を示しており、これまで様々な応用がされてきたアナターゼ型酸化チタンが微粒子ではなく大型結晶として応用できる可能性を含んでいる。特に電極や太陽電池などへの応用において、単結晶酸化チタンが応用できると、これまでとは全く異なる技術を生み出す可能性がある。