Effect of Electrostatic-Field-Induced Electron Transfer on Photomethanation with Semiconductor Nanowires

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K13631
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 上杉 晃生 神戸大学, 工学研究科, 助教 (90821710)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 半導体ナノ構造 / シリコンナノ構造 / フォトメタネーション / 微細加工

Outline of Annual Research Achievements

半導体ナノ細線フォトメタネーションに静電場誘起電子移動が及ぼす影響の解明に向けて、本研究では、評価チップ上に形成した微小流路・チャンバ内にSiナノ構造を形成し、Siナノ構造への誘電膜の被覆、触媒金ナノ構造の修飾構造を形成して触媒構造を構成する。この評価チップに対して加熱温度・照射光条件を変更して流路内に流入させた二酸化炭素ガス反応を評価することで、光・熱・電場がフォトメタネーション反応に及ぼす影響を系統的に分析する。
2023年度の研究においては、評価チップの構築の検討と、評価チップでの計測を行うための測定装置の構築を実施した。サバティエ反応が進行しやすい中温域までの測定を可能とし、また自然光波長域での入光が可能なように、微小流路・チャンバ構造をもつ評価チップの形成には、シリコン-ガラス接合構造を採用した。この接合には陽極接合を用い、反応評価にて使用する温度よりも高温で接合を行うことによって、評価時に安定な接合構造を構築した。また金属支援化学エッチングを利用したSiナノ構造の形成と、微小流路・チャンバ構造と一体化形成するための微細加工方法について検討を実施した。ナノ構造での光学特性を活用するための周期的な構造の構築に向けて、パターン形成にはコロイドシリカ粒子の充填配置を利用する方法の検討・試作を行い、直径1μmの粒子の充填配置条件と、触媒金薄膜製膜などの工程を経て形成されるSiナノ構造の形状評価を実施した。また評価チップの計測を行うための測定装置の構築では、周囲雰囲気を低真空まで制御可能な測定チャンバ、中温域までの加熱が可能なヒータをもつ測定装置、流入ガスの混合供給および生成ガスの分析装置の構築を実施した。また合わせて、ガラス接合での封止をせずにチップ上のSiナノ構造での反応を評価するための小型チャンバ構造も構築し、これらを使用して今後フォトメタネーション反応の評価を進める。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

半導体ナノ細線フォトメタネーションに静電場誘起電子移動が及ぼす影響の解明に向けて、本研究では、評価チップ上に形成した微小流路・チャンバ内にSiナノ構造を形成し、Siナノ構造への誘電膜の被覆、触媒金ナノ構造の修飾構造を形成して触媒構造を構成し、光・熱・電場がフォトメタネーション反応に及ぼす影響を系統的な分析を行う。微小流路・チャンバ内にSiナノ構造をもつ評価チップ上の構築と、これを測定するための装置の構築についてはおおむね順調に進展していると判断する。Siナノ構造の構築も微小流路・チャンバと一体化に適した方法の検討を進めることができている。しかし一方で、第1年度中にナノ構造上への貴金属ナノ構造触媒の修飾工程に関する評価実験を十分には遂行できていない。このため、第2年度早期にこれについての実験・検討を実施し、フォトメタネーション反応評価・分析の実施へとつなげる。

Strategy for Future Research Activity

第2年度早期にSiナノ構造および誘電膜被覆Siナノ構造上への貴金属ナノ構造触媒の修飾工程に関する実験評価を実施する。ドライエッチングによって比較的容易に形成することができるSiナノ構造であるブラックシリコン構造においても実験評価を行うことで貴金属ナノ構造の修飾形成条件を早期に導出する。この形成条件とこれまでの評価チップの作製検討をあわせてフォトメタネーション反応評価チップを構築し、光・熱・電場がフォトメタネーション反応に及ぼす影響の評価分析を実施する。