水素顕微鏡による水素の表面拡散の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350025
• 研究機関: 豊田工業大学
• 研究代表者: 上田 一之 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029212)
• 研究分担者: 吉村 雅満 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40220743)
• キーワード: 水素 / 水素顕微鏡 / TOF-ESD / HOPG / 水素吸着 / 水素吸蔵合金 / X線顕微鏡

研究概要

固体表面の水素の挙動を研究するときに、まず水素の検出をすることが大切であるが、本研究では電子励起イオン脱離(TOF-ESD)を利用した水素検出顕微鏡を用いることにする。空間分解能は1μm程度である。固体の内部や表面では水素の拡散係数が大きく、精度の高い測定をするためには、試料を低温に冷却する必要がある。超高真空中において顕微鏡のマニュピュレーター上の試料の冷却は簡単ではない。ヘリウム冷凍機を使った、接触タイプの冷却法では十分ではなく、室温と冷却時の違いはかろうじてわかる程度に終った。次に、シリコン上にポーラスシリコンで派ターニングして、部分的に窒化シリコン膜で覆った試料を作成し、加熱中に水素や酸素の挙動を調べた。
水素の吸着、吸蔵材料の一つとして、軽元素のカーボン系試料として、電子構造がsp2型のグラファイト(HOPG)とsp3型のダイヤモンドの水素吸着過程について調べた。HOPGには、欠陥や、強い格子歪を与えることで水素の吸着が顕著であると思われる実験結果を得た。同じく水素吸蔵合金の中でマグネシウム系合金とバナジウム系合金の水素や酸素の吸着、拡散過程を調べた。
TOF-BSDの水素検出に対する定量性を考察するために、前年度から検討してきたがTOF-ESDと弾性叛跳原子測定(ERDA)の同時測定による実験結果を解析検討して、結果を論文投稿できる段階に達した。水素顕微鏡の一つの応用として低速電子励起X線顕微鏡の発明を行い特許申請と論文発表を行った。

研究成果

• [文献書誌] M.Yoshimura, H.Shibata, T.An, K.Ueda: "Step debunching observed in Sn/Si(001) surfaces"Applied Surface Science. In press.
• [文献書誌] Y.Itoh, K.Ueda: "Behaviors of hydrogen and oxygen on porous-Si surfaces observed by scanning ESD microscope"Applied Surface Science. In press.
• [文献書誌] Kazuyuki Ueda: "New development of X-ray microscopy using a low-energy electron beam"Applied Surface Science. In press.
• [文献書誌] K.Ueda, M.Yoshimura: "Formation of micro fablication of nanofigures by focused electron beam-induced deposition"Thin Solid Film. In press.
• [文献書誌] M.Yoshimura, K.Watanabe, K.Ueda: "Hydrogen interaction with Si(111-3x3-B surfaces"Appl.Surf.Sci.. In press.
• [文献書誌] Kazuyuki Ueda: "New method of soft x-ray microscopy by slow-electron excitation"Jpn.J.Appl.Phys.. 43・2B. L274-L276 (2004)
• [文献書誌] I.Yagi, K.Ogai, T.Kondo, A.Fujishima, K.Ueda, K.Uosaki: "Direct proof for electrochemical substitution of surface hydrogen of Boron-doped diamond electrode by TOF-ESD method"Chemistry Lett.. 32. 1050-1051 (2003)
• [文献書誌] K.Umezawa, T.Tatsuta, S.Nakanishi, K.Ojima, M.Yoshimura, K.Ueda, W.M.Gibson: "Layer-by-layer surfactant-induced growth of Ag on Cu(111):an impact collision ion scattering spectroscopy and scanning tunneling microscopy"Surface Science. 529. 95-106 (2003)
• [文献書誌] M.Yoshimura.S.Jou, K.Ueda: "Fabrication of carbon nanostructure onto the apex of scanning tunneling microscopy probe by chemical vapor deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. 42-7B. 4841-4843 (2003)
• [文献書誌] 上田 一之: "構造工学ハンドブック"丸善株式会社. 4 (2004)