セラミック多層薄膜の高機能化とその電子状態に関する研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01430015
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 荒井 弘通 九州大学, 総合理工学研究科, 教授 (10011024)
• 研究分担者: 町田 正人 九州大学, 総合理工学研究科, 助手 (70211563) ; 大瀧 倫卓 九州大学, 総合理工学研究科, 助手 (50223847) ; 江口 浩一 九州大学, 総合理工学研究科, 助教授 (00168775)
• キーワード: セラミックス / 薄膜 / 分離膜 / 固体電解質 / 電極 / 発光素子

研究概要

多孔質分離膜への応用を目的としてBaーAlまたはLaーAl系酸化物セラミックの作製を試みた。膜は金属アルコキシドの加水分解法によりアルミナ多孔質基板上にディップコ-ティングした。BaやLaの添加によりAl_2ーO_3に比較して耐熱性が向上し、高温分離膜としての使用が可能となることが明らかになった。とくに1000℃加熱後もガス分離に有効な細孔構造が維持された。膜の水素分離能はRuなどの金属微粒子を添加することにより著しく向上した。水素と他の気体の分離系数はKnudsen流を考慮した場合よりも高く、Ru上への気体成分の吸着が分離能の向上をもたらすものと考えられる。
固体電解質であるセリア-サマリア系酸化物上にペロブスカイト型酸化物電極の薄膜をスラリ-コ-ティング法で作製し、電極膜の緻密性と酸素イオンの移動の関連について検討した。固体電解質基板上に完全に緻密なLa_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3膜を作製するのは困難であるが、多数回のスラリ-コ-ティングにより細孔の少ない試料が調製できた。膜が緻密になるにしたがい、電解質ー電極界面の抵抗は大幅に増大し、電解質ー電極ー気相の3相界面の存在が酸素イオンの移動に不可欠であることが明らかになった。緻密なLa_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3膜を固体電解質上に推積した素子では通電により膜の破壊や還元が進行したため、電極性能は著しく変化した。
発光素子や高温半導体デバイスの応用を目的としてSiCの薄膜化について検討した。SiC薄膜はスパッタリング法及びイオンプレ-ティング法により作製した。イオンプレ-ティング法では製膜中にSiCの分解がおこりSiまたはCが膜中に含まれる。一方スパッタリング法ではスパッタガス中のCH_4分圧の制御及びH_2の導入により、絶縁性が高く、透明な膜を作製できることが明らかになった。また光学的バンドキャップもCH_4分圧により制御できた。

研究成果

• [文献書誌] T.Setoguchi,K.Eguchi,and H.Arai: "Thin Film Fabrication of Stabilized Zirconia for Solid Oxide Fuel Cells" Proceedings of Inkrnatunal Conference on Thin Film Physics and Applications. 74-79 (1991)
• [文献書誌] M.Chai,K.Sekizawa,M.Machida,K.Eguchi,and H.Arai: "Preparation of Heat Resistant Microporous Ceramic Mem branes for Selective Gas Permeation" 日本セラミックス協会学術論文誌. 99. 530-532 (1991)
• [文献書誌] H.Arai,K.Eguchi,T.Setoguchi,R.Yamaguchi,K.Hashimoto,H.Yoshimura: "Fabrication of YSZ Thin Film on Electrode Substrate and its SOFC Characteristics." Proceedings of 2nd.International Symposium on Solid Dxide Fuel Cells,Athens.167-174 (1991)
• [文献書誌] K.Eguchi,T.Inoue,M.Ueda,J.Kamimae and H.Arai: "The Activation of Oxygen at Electrolyte/Cathode Interface for SOFCS" Proceedings of 2nd.Inkrnational Symposium on Solid Oxide Fuel Cells,Athens. 697-704 (1991)
• [文献書誌] T.Inoue,N.Seki,J.Kamimae,K.Eguchi and H.Arai: "The Conduction Mechanism and Defect Structure for Acceptorーand DonorーDoped SrTiO_3" Solid State Jonics. 48. 283-288 (1991)