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2015 年度 実績報告書

触媒反応生成高エネルギー水分子ビームのエネルギー解析

研究課題

研究課題/領域番号 26600094
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

安井 寛治  長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70126481)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード触媒反応 / ラバールノズル / 高エネルギー水分子 / 圧力センサー
研究実績の概要

本研究課題は、触媒反応を用いた新しいCVD技術を構築するため白金ナノ粒子表面で水素と酸素を燃焼させ生成した高エネルギー水分子ビームのエネルギー状態を解析すること、その解析をもとにビームを形成するラバールノズルの構造を最適化することを目的としている。具体的には、触媒反応容器内で生成し様々なノズル開口角のラバールノズルを通して真空チャンバー内に噴出する水分子ビームのエネルギー状態を理論と実験の両面から解析する。更にその水分子ビームを用いて堆積した酸化亜鉛(ZnO)膜の結晶性、電気伝導特性を調べノズル開口角の影響について調べる。その結果、最終年度であるH27年度において以下の研究成果を得た。
(1) ZnO結晶膜成長のガス供給条件から触媒容器内の反応時圧力を推定した結果、0.5atm ~ 2.0atmと推定された。この圧力条件から真空チャンバーに噴出される水分子ビームのスケーリングパラメータを求め、それをもとに平均クラスターサイズを推定したところ、スケーリングパラメータは200以下であり、平均クラスターサイズは1以下と推定された。
(2) ノズル開口角の異なる3つのラバールノズル(50°, 60°, 75°)を用いてA面サファイア基板上にZnO結晶膜を成長させたところどの開口角のノズルにおいてもZnO(0002)のωロッキングカーブの半値幅は590arcsec以下と小さく、またHall移動度も95cm2/Vs以上と大きく、開口角によらず結晶配向性にすぐれ、電子移動度の大きな結晶膜が得られた。
(3) 容量結合型MEMS圧力センサーを用いて水分子ビームの圧力を測定したところ、ノズル開口角が小さい程、圧力が大きくなることを見出したが、水分子の運動エネルギーから推定した圧力に比べ一桁以上小さな値となった。これは残留ガスの存在とセンサーホルダーによる流れの乱れが原因ではないかと推察された。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] H2O beams for zinc oxide film growth produced by a Pt-catalyzed H2-O2 reaction at various divergent aperture angles of a de Laval nozzle2016

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Teraguchi, Yuki Ishidzuka, Tomoki Nakamura, Kazumasa Takahashi, Yasuhiro Tamayama, Nobuhiro Harada, Kanji Yasui
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 55 ページ: 02BC12-1~4

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.02BC12

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effect of N2O-doped buffer layer on the optical properties of ZnO films grown on glass substrates using high-energy H2O generated by catalytic reaction2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Kanauchi, Yuki Ohashi, Koichiro Ohishi, Hironori Katagiri, Yasuhiro Tamayama, Takahiro Kato, Kanji Yasui
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 55 ページ: 02BC14-1~4

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.02BC14

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effects of N2O gas addition on the properties of ZnO films grown by catalytic reaction-assisted chemical vapor deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Kanji Yasui, Makoto Morioka, Shingo Kanauchi, Yuki Ohashi, Takahiro Kato, Yasuhiro Tamayama
    • 雑誌名

      J. Vac. Sci. & Technol. A

      巻: 33 ページ: 061519-1~5

    • DOI

      10.1116/1.4935334

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 触媒反応生成高エネルギーH2Oビームの運動エネルギー評価2016

    • 著者名/発表者名
      寺口祐介, 田島諒一,玉山泰宏, 安井寛治
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス、東京
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Catalytic reaction assisted chemical vapor deposition for the growth of metal oxide thin films under energy-saving condition2015

    • 著者名/発表者名
      K. Yasui, Takahiro Kato, Abdul Manaf Hashim
    • 学会等名
      Int. Union of Material Research Societies-Int. Conf. on Advanced Mater. (IUMRS-ICAM) 2015
    • 発表場所
      ICC, Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-10-26 – 2015-10-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] H2O beam produced by a Pt-catalyzed H2 - O2 reaction for various opening angles of Laval nozzle2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Teraguchi, R. Tajima, T. Nakamura, K. Takahashi, Y. Tamayama, K. Yasui
    • 学会等名
      Int. Union of Material Research Societies-Int. Conf. on Advanced Mater. (IUMRS-ICAM) 2015
    • 発表場所
      ICC, Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-10-26 – 2015-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of nitrogen doped layer on the characteristics of ZnO films on glass substrates grown by catalytic reaction assisted chemical vapor deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishizuka, S. Kanauchi, Y. Ohashi, K. Ohishi, H. Katagiri, Y. Tamayama, K. Yasui
    • 学会等名
      Int. Union of Material Research Societies-Int. Conf. on Advanced Mater. (IUMRS-ICAM) 2015
    • 発表場所
      ICC, Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-10-26 – 2015-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] High-energy H2O beam generated by Pt-catalyzed exothermic H2-O2 reaction2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Teraguchi, T. Nakamura, K. Takahashi, Y. Tamayama, K. Yasui
    • 学会等名
      9th Int. Symp. on Transparent Oxide and Related Materials for Electronics and Optics (TOEO-9)
    • 発表場所
      Epocal Tsukuba, Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of N2O-added initial growth layer on the characteristics of ZnO films grown on glass substrates by catalytic reaction assisted chemical vapor deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishidzuka, Y. Ohashi, K. Oishi, H. Katagiri, Y. Tamayama, T. Kato, K. Yasui
    • 学会等名
      9th Int. Symp. on Transparent Oxide and Related Materials for Electronics and Optics (TOEO-9)
    • 発表場所
      Epocal Tsukuba, Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] High-temperature H2O beam generated by a catalytic reaction for the growth of metal oxide thin films2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Teraguchi, T. Nakamura, K. Takahashi, Y. Tamayama, T. Kato, K. Yasui
    • 学会等名
      第76回 応用物理学会秋季学術講演会、 English Session
    • 発表場所
      名古屋国際会議場、名古屋
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] 触媒反応生成高エネルギーH2Oビームのノズル開口角依存性2015

    • 著者名/発表者名
      寺口祐介、田島諒一、中村友紀、高橋一匡、玉山泰宏、安井寛治
    • 学会等名
      電子情報通信学会材料デバイスサマーミーティング
    • 発表場所
      機械振興会館、東京
    • 年月日
      2015-06-19 – 2015-06-19
  • [学会発表] Crystal structure of ZnO thin films grown using high-energy H2O beam generated by a catalytic reaction and the energy state of the H2O beam2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Teraguchi, T. Nakamura, Y. Ishiduka, K. Takahashi, Y. Tamayama, K. Yasui
    • 学会等名
      5th Int. Symp. on Organic and Inorganaic Electronic Materials and related Nanotechnologies
    • 発表場所
      TOKI MESSE, Niigata, Japan
    • 年月日
      2015-06-16 – 2015-06-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of NO gas addition on the properties of ZnO films grown on a-plane sapphire substrates using high-temperature H2O generated by a catalytic reaction2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishidzuka, Y. Oohashi, Y. Tamayama, T. Kato, K. Yasui
    • 学会等名
      5th Int. Symp. on Organic and Inorganaic Electronic Materials and related Nanotechnologies
    • 発表場所
      TOKI MESSE, Niigata, Japan
    • 年月日
      2015-06-16 – 2015-06-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystalline structure and defect distribution of ZnO films on a-plane sapphire substrates grown by catalytic reaction assisted chemical vapor deposition2015

    • 著者名/発表者名
      S. Kanauchi, T. Nakamura, N. Yamaguchi, Y. Tamayama, K. Yasui
    • 学会等名
      2015 MRS Spring Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2015-04-06 – 2015-04-10
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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