希土類元素添加高輝度誘電体発光ゲルの室温合成と発光機構の解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12875168
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 桑原 誠 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)
• 研究分担者: 松田 弘文 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00282690) ; 宮澤 薫一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (60182010)
• キーワード: フォトニック結晶 / ゾル-キャスティング法 / 金属アルコキシド / マイクロモールド / 可視・赤外反射 / 高屈折率透明ゲル / 低温合成 / チューナブル

研究概要

マイクロモールドを鋳型として、筆者らが独自こ開発した高濃度の金属アルコキシド溶液を用いたゾル-キャスティング法によるゲルフォトニック結晶の作製法と光学特性の評価法の確立を目的として本年度の研究を行った。得られた成果の概要を以下に示す。
1)Si基板上に形成したSiO_2空孔型及びSi柱型モールドを鋳型として用い、2.0mol/Lの高濃度Tiイソプロポキシド前駆体溶液(一部、10wt%ポリエチレングリコールを添加)をキャスティングし、ゲル化させることにより、高さ0.5〜5μmの柱型及び空孔型TiO_2ゲルフォトニック結晶の合成に成功した。
2)電子描画装置を用い、Si基板上に形成した厚さ0.5〜1μmのレジスト膜に直径1μmレベルの空孔型モールドの作製を行い、ゲルフォトニック結晶の合成を試みた。まだ、完全なゲルフォトニック結晶の合成法としては確立できていないが、多様な形態を持つモールドの作製法の確立することができた。
3)FT-IR測定器を用いた赤外光の反射スペクトル法を用い、ゲルフォトニック結晶の作製に用いたSiO_2空孔型フォトニック結晶の光学的特性を評価した。その結果、空孔径及び空孔の格子間隔から生じるフォトニックバンド波長に対応する強い反射光が観測され、フォトニック結晶としての光学特性の発現を確認した。これより、現在評価中であるが、これと同じ構造を持つ今回作製されたゲルフォトニック結晶が同様のフォトニック結晶光学特性を示すことが確立された。
4)可視領域透過型フォトニック結晶光学特性の評価装置の構築を行った。作製されたフォトニック結晶試料の形状から、まだ本装置を用いた精密な光学特性の評価はできていないが、可視光の透過スペクトル測定からフォトニックバンド波長に対応する光透過率の低下が観測され、装置の基本動作を確認した。
5)強いフォトルミネッセンス(PL)を示す1.0at.%Eu添加BaTiO_3ゲルの低温(90℃乾燥)合成に成功した。これより、PL型ゲルフォトニック結晶の合成が可能となった。今後、このゲルを用いたフォトニック結晶の作製と光学特性の評価を行っていく。

研究成果

• [文献書誌] 桑原誠: "透明な機能性セラミックス"まてりあ. 39・2. 79-83 (2000)
• [文献書誌] H.Matsuda,N.Kobayashi,T.Kobayashi,K.Miyazawa,and M.Kuwabara: "Room-Temperature Synthesis of Crystalline Barium Titanate Thin Films by High-Concentration Sol-Gel Method"J.Non-Cryst.Solids. 271. 162-166 (2000)
• [文献書誌] H.Shimooka,S.Kohiki,T.Kobayashi,and M.Kuwabara: "Preparation of Translucent Barium Titanate Ceramics from Sol-Gel-Derived Transparent Monolithic Gels"J.Mater.Chem. 10. 1511-1512 (2000)
• [文献書誌] N.Kobayashi,H.Matsuda,K.Miyazawa,and M.Kuwabara: "Synthesis of Crystalline Barium Titanate Thin Films by Gel-Aging Process on Substrate at Room Temperature"Publ.Ceram.Soc.Jpn.. 6. 81-84 (2000)
• [文献書誌] 下岡弘和,古曵重美,桑原誠: "メタノール/2-メトキシエタノール混合溶媒を用いて合成した高濃度Ba,Tiアルコキシド溶液中におけるヘテロ二金属アルコキシドの構造"J.Ceram.Soc.Japan. 109. 60-65 (2001)
• [文献書誌] H.Matsuda,T.Ando,K.Miyazawa,M.Kuwabara: "Spectroscopic Studies of Rare-Earth-Doped BaTiO3 Luminescent Gels"Proc.of AMEC-1. (in press). (2001)
• [文献書誌] 桑原誠: "フロンティアセラミックスが拓く新世紀"工業調査会. 20 (2000)