2022 年度研究成果報告書

水熱合成法によるアナターゼ酸化チタン単結晶薄膜の成長メカニズムと局所構造の解明

研究課題

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研究課題/領域番号	20K05323
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
研究機関	静岡大学
研究代表者	下村勝静岡大学, 工学部, 教授 (20292279)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	アナターゼ / 酸化チタン / エピタキシャル成長
研究成果の概要	本研究では、ソルボサーマル法によってLaAlO3(LAO)等の単結晶基板上に大面積アナターゼ型酸化チタン薄膜をヘテロエピタキシャル成長させ、その成長メカニズムを解明することである。また、ドーパント周辺の局所構造と電子状態を詳細に解明することである。本研究では、エピタキシャル薄膜を成長させるための安定剤としてアセチルアセトンが使用された。作製したエピタキシャル薄膜は(001)[100]TiO2\|\| (001) [100] LaAlO3の配向を有しており、その厚さはおよそ 2.5 μmであった。また、蛍光X線ホログラフィーを用いて、ドーパント原子がTiサイトを置換していることを明らかにした。
自由記述の分野	結晶成長
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究によって、酸化チタンアナターゼ薄膜がソルボサーマル法によりLaAlO3単結晶基板上にエピタキシャル成長できることが判明したことは、大きな学術的意義がある。また、ランタノイドであるErをドープした際のサイトがTiの置換サイトであることが判明したことについても意義深い。これらの結果は、大面積アナターゼ結晶が安価な液相成長できる可能性を示しており、これまで様々な応用がされてきたアナターゼ型酸化チタンが微粒子ではなく大型結晶として応用できる可能性を含んでいる。特に電極や太陽電池などへの応用において、単結晶酸化チタンが応用できると、これまでとは全く異なる技術を生み出す可能性がある。