シリコン/溶液界面における光励起・緩和過程への微細形態および導電性粒子担持の影響

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10131239
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 尾形 幸生 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (30152375)
• 研究分担者: 作花 哲夫 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教授 (10196206)
• キーワード: シリコン / フッ酸 / 界面現象 / 多孔質 / 光励起 / 光電気化学 / 金属析出

研究概要

固体高分解能核磁気共鳴法を用いて、触媒担持系の基体候補である多孔質シリコンの微細構造や物性を支配する含有水素の結合状態の解明を試み、同法が多孔質シリコン表面状態の解析に有用であることを示した。すなわち、作成時の結合状態および酸化に伴う結合状態変化を共鳴ピークの帰属と線幅の解析から明らかにし、多孔質構造がアモルファス構造を示さず、結合配座分布をもつ結晶質からなるとの結論を得た。さらに、昇温水素脱離によって、歪んだ構造、すなわち(SiH)_2ダイマー構造が生成することを明らかにした。この多孔質シリコン(p型)を用いて、水素発生電位領域での光電気化学挙動を検討し、シリコン上の多孔質構造が光励起キャリア緩和過程における表面準位の寄与を低下させることを見いだした。
シリコン基板上への貴金属の担持法を検討し、担持状態を解析するとともに、光励起緩和過程に及ぼす担持状態効果を評価した。さらに、多孔質表面への触媒担持についても検討を加えた。多孔質シリコン上へハロゲン化物水溶液からの置換めっきを行い、いわゆる貴金属のみが析出するが、ハロゲン化物イオンが析出の阻害要因となることを見いだし、阻害吸着機構を提案した。置換めっきおよび電気めっきにより白金を担持したp型平滑シリコン上の水素発生領域における光電気化学挙動を検討した。両者共に、平滑シリコンに比べ、大幅な光電流立ち上がり電位の向上を示した。特に、電気めっき試料については、立ち上がり電位が平滑白金電極より貴な電位にシフトした。加えて、形態観察により金属触媒の担持状態により触媒性が異なること、また強度変調光電流法(IMPS)測定により同様な光電極触媒性を示しても緩和過程が異なる場合があることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] Y.H.Ogata,F.Kato,T.Tsuboi and T.Sakka: "Changes in the Environment of Hydrogen in Porous Silicon with Thermal Annealing" Journal of the Electrochemical Society. 145(7). 2439-2444 (1998)
• [文献書誌] T.Tsuboi,T.Sakka and Y.H.Ogata: "Structural Study of Porous Silicon and Its Oxidized States by Solid-State High-Resolution ^<29>Si Nuclear Magnetic Resonance" Physical Review B. 58(20). 13863-13869 (1998)
• [文献書誌] T.Tsuboi,T.Sakka and Y.H.Ogata: "Structure of As-Prepared and Annealed Porous Silicon Surface Studied by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy" Journal of the Electrochemical Society. 146(1). 372-375 (1999)
• [文献書誌] T.Tsuboi,T.Sakka and Y.H.Ogata: "Chemical Etching of Porous Silicon in Diluted Hydrofluoric Acid" Solid State Communications. 109(3). 195-199 (1999)
• [文献書誌] T.Tsuboi,T.Sakka and Y.H.Ogata: "Dopant Effect on Immersion Plating into Porous Silicon" Applied Surface Science. (印刷中). (1999)