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高温下の超音波探傷試験の実現に向けて、探触子の圧電素子材料として超高面密度・完全配向ZnO自立ナノロッド(NR)配列構造を検討した。以下の研究成果が得られた。
①SEM-CL発光顕微分光装置内に導入した可動金属プローブ電極を用いて、SEM観察しながら任意の個々のZnO NRの２端子電気伝導率評価を行う「その場"差分"I-V測定」法を開発した。同手法によりNR電気伝導率の個体差を弁別評価可能なことを示した。
②ZnO NRの電気絶縁性を高めるため、酸素雰囲気中アニール処理の温度を検討した。各温度でアニール処理後の個々のNRに対し、電気伝導率とCL像／CLスペクトル点分析の測定を行った。最適アニール温度でNR電気伝導率の３桁低減に成功した。ZnO欠陥発光のアニール温度依存性からNRの電気的絶縁化がZnO結晶中の水素ドナーの熱脱離に由来することが示された。
③ZnOの前駆体溶液に対する添加剤を検討し、ZnO NRのアスペクト比および電気伝導率制御が可能であることを確認した。
④超高面密度・完全配向ZnO NR配列の下地層であるSi(111)基板上Au蒸着膜のヘテロエピタキシャル成長条件を精査し最適化した。XRDおよびSEM-EBSDによる結晶構造解析により、ZnO NR配列試料がZnO(0001) NR//Au(111)薄膜//Si(111)基板のヘテロエピタキシャル成長関係を有するという知見を得た。よって、100℃以下の極低温プロセスにより超高面密度・完全配向ZnO NR配列の作製技術開発に成功した。
⑤ZnO NR配列の面密度および直径制御性の向上のため、微小球UVリソグラフィを用いてSi(111)基板上のAu(111)成長サイトを周期配置したテンプレート基板を作製し、これを用いてZnO NRの面内周期配列構造を実現した。また微小球塗布方法の変更によりテンプレートの大面積化に成功した。
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