| 研究課題/領域番号 |
21K04838
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
|
|---|
| 研究機関 | 岐阜工業高等専門学校 |
|---|
研究代表者 |
羽渕 仁恵 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (90270264)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
|
|---|
| キーワード | 窒化炭素 / 二次元物質 / 層状物質 / 半導体 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
二次元的な結晶構造をもつ代表的な物質としてグラファイトがある。グラファイトは炭素の結合が二次元的に広がっており、それが層状になっている。層間は弱い結合であり、層を粘着テープを用いて剥がすことが可能である。水の水素と酸素への分解などの光触媒作用を示す半導体として注目されている窒化炭素も二次元結晶構造をもつ層状物質であるが、メラミンの加熱により合成できるものは粉末状で結晶性は良くなかった。しかし、気相成長での合成により二次元層が揃った結晶性のよい薄膜が得られた。本研究は、さらに結晶性を高めることで二次元物質として発現する新規電子物性を解明することを目的としている。
|
| 研究実績の概要 |
層状窒化炭素は、窒素と炭素による二次元シートが層状に重なった物質で、水の水素と酸素への分解などの光触媒作用を示す半導体として注目されている。通常、層状窒化炭素は メラミン等の熱重合により粉末状態で得られるが、半導体としてエレクトロニクス分野に応用するためには薄膜合成が不可欠である。本研究では熱化学気相成長法（熱CVD）により層状窒化炭素薄膜を合成し二次元物質として発現する新しい電子物性を明らかにすることが目的である。
熱CVDでの合成圧力を10から480kPaまでの範囲で変化させて薄膜を合成した。合成圧力を高くするとCNシートの配向性がよくなり、X線回折による(001)面のロッキンキングカーブから計算したモザイクスプレッド(CNシートの揺らぎの度合い)は480kPaでは7.8°まで下がった。一方で合成圧力を大気圧以下にすると結晶性は悪くなるが光感度は向上した。
従来、薄膜の初期成長はアモルファス的な窒化炭素が観測されたが、合成の温度をパラメータとして複数実験を行った結果、成膜初期の段階でも層状窒化炭素が成長できるを確認した。これにより薄い膜(5nm以下)も合成が可能になった。
窒化炭素薄膜の温度を変えたときの電気伝導の変化を調べた。200℃まで温度を上げて室温に戻すと導電率は元の値より下がる。前年度は、この原因をインターンレートされた水分（または酸素）が抜けたためと考えていたが、詳細に調べたところ、層状窒化炭素は持続性光伝導性（PPC）を示し、温度を100℃以上に上げることで導電率がもとに戻ることが原因であることを見出した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
合成条件を変えて成膜することで窒化炭素薄膜の結晶構造や配向性、および初期成長の安定性を向上させることができた。また、電気伝導の振る舞いも新しい発見があった。
|
| 今後の研究の推進方策 |
窒化炭素の機械的剥離での薄層化は難しいが、熱CVDの初期成長を制御することにより10層程度の薄膜が合成できるようになった。得られた薄膜の電子物性を光電子分光などの手法により解明していく。
|
