多機能光触媒スパッタ薄膜の形成と環境材料への応用

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11480147
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 高橋 隆一 富山大学, 工学部, 助教授 (80019223)
• 研究分担者: 升方 勝己 富山大学, 工学部, 教授 (80157198)
• キーワード: スパッタ / 光触媒 / 薄膜 / 環境材料 / プラズマ / 酸化チタン / イオンビーム

研究概要

対向ターゲット式スパッタ装置を用いて、多機能光触媒スパッタ薄膜を形成し、その構造・特性を調べた。
形成されたTiO_2薄膜はほぼ無色透明であり、X線回折、ラマン分光分析の測定結果からすべてアナターゼ構造の結晶構造を示すことが明らかにされた。これは、基板温度が600℃以上にならないとその結晶はルチル構造に変化しないことから、本実験での基板はプラズマの影響があるものの、それ以上の温度になっていないと推定できる。基板位置がプラズマに近づくにつれ、膜表面は少し白濁する傾向にあるが、TiO_2結晶子の粒径は増大し、その配向性も変化しA(112)よりもA(220)のX線回折強度が強くなる。これは結晶のc軸が基板面に対し、より水平に配向したことを示している。膜組成比は定性分析の結果、全ての膜でO_2が化学量論比よりも少なくなっていた。
形成膜の光学的特性を調べるために、可視・紫外分光光度計を用いて透過、反射スペクトルを測定した。プラズマの影響が少ない位置で形成された膜では、透過率の波長依存性は大きく変化しない。透過率は波長350nm付近で急激に減少し、350nm以下で透過率は0となっている。これから、形成膜の光学的バンドギャップEgは3.2eVとなり、アナターゼ構造TiO_2薄膜の特性を示している。一方、プラズマの影響を受ける位置で形成された膜では、薄膜の波長に対する光透過率がなだらかに変化する結果となり、光吸収端が長波長側ヘシフトしていることが分かった。
光触媒膜として太陽エネルギーを有効に利用するには、光吸収端波長を350nmよりも長波長側ヘシフトさせること、薄膜の微細構造をポーラスな形態にすること、などが必要である。このスパッタ法では、形成膜の光波長依存性をプラズマ中の荷電粒子による基板衝撃作用により改善できることが明らかになり、有効な薄膜形成法であることが示された。

研究成果

• [文献書誌] S.Iwatsubo,T.Takahashi,M.Naoe: "Angular Dependence of Magnetism of FeFilms Sputtered with Ion Beam Perpendicular to Target"Journal of Applied Physics. Vol.85,No.8. 5995-5997 (1999)
• [文献書誌] S.Iwatsubo,T.Takahashi,M.Naoe: "Effect of Surface Roughness on Magnetic Properties of Fe Films Deposited by Dual Ion Beam Sputtering"Thin Solid Films. Vol.343-344. 67-70 (1999)
• [文献書誌] S.Iwatsubo,T.Takahashi,M.Naoe: "An Estimation of Optimum Ar Ion Bombardment Energy for Depositing Good Fe Films Applying Thermal Spike Effect"Thin Solid Films. Vol.343-344. 71-74 (1999)
• [文献書誌] S.Iwatsubo,T.Takahashi,M.Naoe: "Adhesive Characteristics of Fe Films Deposited by Ion Beam Sputtering with Bombardment of Ar Ion"Thin Solid Films. Vol.343-344. 261-264 (1999)
• [文献書誌] T.Takahashi,K.Masugata,S.Iwatsubo,M.Asada: "Structure and Adhesive Properties of TiN Films Reactively Deposited by Plasma-Free Sputtering"Thin Solid Films. Vol.343-344. 273-276 (1999)
• [文献書誌] T.Takahashi,K.Masugata,H.Kawai,S.Kontani,J.Yamamoto: "Surface Morphology of TiN Films Reactively Deposited by Bias Sputtering"Vacuum. Vol.59,No.2-3. 777-784 (2000)