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YSZ(イットリア安定化ジルコニア)系電解質は第3世代燃料電池用電解質として注目されている。しかし、実用化にあたっては電解質電流密度の向上が必要で、その方法として薄膜化が考えられている。本研究では、従来注目されてこなかった有機金属を原料としたプラズマMOCVD(有機金属気相成長法)により薄膜YSZ固体電解質薄膜を作成し、薄膜の基板上の配向性、結晶構造、電気的特性の評価を行った。
縦形ホットウォール型プラズマMOCVD装置を用い、Si(100)基板、及びLaMnO_3電極基板上にZr(t-OC_4H_9)_4及びY(DPM)_3を原料とするYSZ薄膜を成膜した。主な成膜条件は、高周波電力13.56MHzで40W、反応室圧0.1、1Torr、基板温度160、320℃、Arバブリング流量は20、40、80sccrn、反応時間は1、2、4時間とした。
作製したYSZ薄膜をXRFで組成分析した結果、原料中のすべてのYが析出せず、析出効率は0.4であることがわかった。また、XRDの半値幅による結晶粒径の測定、破断面によるSEM観察からZrのバブリング流量を増加させることで格子歪みに起因する粒径の縮小、成膜速度の低下が確認された。交流二端子法による導電率の測定からは、Y_2O_3の固溶度と温度の上昇とともに導電率の向上が見られた。今回得られた導電率をバルクでの値と比較すると2桁程度大きい値を示していることがわかった。また、活性化エネルギーを算出したところ0.8eV程度で濃度に対しての依存性は小さい。これより、今回の電解質は、インダクタ成分が強く観測され、電解質界面でのキャリアの取り出しが大きなウェイトを占めていると考えられる。
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