薄膜の非破壊的剥離解析のための超音波原子間力顕微鏡技術の開発

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21760577
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 辻 俊宏 Tohoku University, 大学院・工学研究科, 助教 (70374965)
• Keywords: 燃料電池 / 水素ガス / 水蒸気 / 弾性表面波センサ / ZnO / Pt / マグネトロンスパッタリング / 原子間力顕微鏡

Research Abstract

本研究課題は超音波原子間力顕微鏡(UAFM)の物性と欠陥評価をセンサ用薄膜等に適用して有用性を実証することを目的としており、そのため申請者の所属するグループで開発中の球状弾性表面波(ボールSAW)センサに用いる燃料電池関連ガス用の水素ガス感応膜への適用を進めている。水素ガス感応膜としては一般にPd系の金属薄膜が高感度であることが知られているが、燃料電池の動作環境においては共存する水蒸気がPd感応膜を劣化させることが問題だった。
このため水蒸気に耐久性のある感応膜が求められている。その結果、水溶液法で作製した半導体のZnOナノロッドがPt触媒と組み合わせることで有用な感応膜になることが報告された。そこで平成21年度はマグネトロンスパッタリングによりボールSAWセンサにZnO/Pt複合感応膜を作製して、水蒸気への耐久性のあるZnO系感応膜の開発を行いUAFMの評価を適用する試料準備を行った。まずボールSAWセンサに厚さ20nmのPtまたはZnOを成膜して単体では水素感応膜にならないことを確認した。次に表面に厚さ5nmのPt膜を持つZnO/Pt複合感応膜を成膜したが、厚さ20nmのZnOでは水素に対する応答が無かった。しかし厚さ200nmとすることで応答時間に長時間を要するものの大きな振幅応答(ノイズレベルから検出限界を評価すると1ppmよりも高感度)が得られた。次年度のUAFMによる組織評価によりその原因を調べる。更に感応膜の水蒸気に対する耐久性を調べるために加湿器(バブラー)を試作して実験した結果、ガス配管のリークにより水槽の水が逆流して感応膜に水が付着した。乾燥後再度測定した結果、水付着前と同程度の検出限界を示したことから水蒸気に対する耐久性も間接的に示された。このように感応膜の準備に目途が得られたので今後UAFMによる評価を実施して水蒸気による影響を詳細に検討する。

Research Products

• [Journal Article] Development of Packed Column for Surface Acoustic Wave Gas Chromatograph Using Anodically Bonded Silicon-Glass Structure with a Cmpression Jacket (2009)
  • Author(s): Y.Yamamoto, S.Akao, M.Samuka, K.Kobari, K.Noguchi, N.Nakaso, T.Tsuji, K.Yamanaka
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 48(7) Pages: 07GG12-1-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of Thin Sensitive Film of Ball Surface Acoustic Wave Sensor by Off-Axis Spin-Coating Method (2009)
  • Author(s): K.Kobari, Y.Yamamoto, M, Sakuma, S.Akao, T.Tsuji, K.Yamanaka
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 48(7) Pages: 07GG13-1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Ball SAW Gas Chromatograph for Natural Gas Analysis (2009)
  • Author(s): S.Akao, Y.Yamamoto, H.Nagai, T.Ohgi, T.Yanagisawa, K.Okubata, H.Jige, T.Fukiura, N.Nakaso, T.Tsuji, K.Yamanaka
  • Journal Title: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 30 Pages: 79-80
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 多種類の危険・有害ガス分析のためのボールSAWガスクロマトグラフ (2010)
  • Author(s): 坂本俊裕、赤尾慎吾、山本祐太郎、永井弘樹、岩谷隆光、中曽教尊、辻俊宏、山中一司
  • Organizer: 2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川・東海大学
  • Year and Date: 2010-03-17
• [Presentation] ボールSAWセンサを用いた多種類の危険・有害ガス分析法の開発 (2010)
  • Author(s): 山本祐太朗、赤尾慎吾、永井弘樹、坂本俊裕、岩谷隆光、中曽教尊、辻俊宏、山中一司
  • Organizer: 圧電材料・デバイスシンポジウム2010
  • Place of Presentation: 仙台・東北大学
  • Year and Date: 2010-02-02
• [Presentation] Development of Ball SAW Gas Chromatograph for Natural Gas Analysis (2009)
  • Author(s): S.Akao, Y.Yamamoto, H.Nagai, T.Ohgi, T.Yanagisawa, K.Okubata, H.Jige, T.Fukiura, N.Nakaso, T.Tsuji, K.Yamanaka
  • Organizer: 第30回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • Place of Presentation: 京都・同志社大学
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] Development of Ball SAW Gas Chromatograph for Natural Gas Components (2009)
  • Author(s): 山本祐太朗, 赤尾慎吾, 永井弘樹, 中曽教尊, 辻俊宏, 山中一司
  • Organizer: IEEE International Ultrasonic Symposium
  • Place of Presentation: イタリア・ローマ
  • Year and Date: 2009-09-23
• [Presentation] Separation and Measurement of Mixed Hazardous Gases by Ball SAW Gas Chromatograph with Sensitive Film Fabricated Using Off-Axis Spin-Coating (2009)
  • Author(s): T.Tsuji, Y.Kawai, K.Kobari, Y.Yamamoto, S.Akao, N.Nakaso, K.Yamanaka
  • Organizer: IEEE International Ultrasonic Symposium
  • Place of Presentation: イタリア・ローマ
  • Year and Date: 2009-09-23