PLD法による環境保護用高選択性・高感度薄膜大気ガスセンサの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555098
• Research Institution: Sasebo National College of Technology
• Principal Investigator: 須田 義昭 佐世保工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (20124141)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 英樹 長崎県窯業技術センター, 研究員 ; 川崎 仁晴 佐世保工業高等専門学校, 電気工学科, 助教授 (10253494) ; 和田 憲治 佐世保工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (30044457)
• Keywords: 薄膜ガスセンサ / PLD法 / SnO_2 / 環境保護用 / Nd : YAGレーザ / スパッタリング法 / XPS / Pd

Research Abstract

本研究では,安定性・操作性・再現性に優れ,結晶性に優れた薄膜作製技術であるPLD法をSn0_2薄膜ガスセンサ作製に応用した。さらに,Pd, Pt等の添加,ジエトキジメチルシランによる表面化学改質等を検討することにより,NOxガスや水素ガスに関する感度として100程度(3000ppm)が達成可能であることを実証し,小型で作動温度が低い高選択性・高感度半導体薄膜ガスセンサ作製技術を確立することを目的に研究を行った。その結果、以下のことがわかった。
1)現有のパルスYAGレーザ及びKrFエキシマレーザを用いたPLD置によりSnO_2薄膜作製した。作製したSnO_2薄膜の微細構造をFE-SEMやAFM等で詳しく調べた結果,Nd : YAGレーザで酸素ガス圧力が高いほど表面粗さは大きくなることが分かった。
2)Nd : YAGレーザで作製したSnO_2薄膜は,酸素ガス圧力に関わらずSnO_2(110)の結晶性が最も良かった。
3)Nd : YAGレーザで作製したSnO_2薄膜は,酸素ガス圧力上昇とともに0.31vol%H_2ガスに対するガス検出感度は増加し,PO_2=20Paで作製したセンサが最大検出感度8.1を示した。
4)パラジューム(Pd)をSnO_2薄膜に添加(ドープ)するために,スパッタリング法を併用した新しいPLDシステムを開発し,Pd添加の実験を行った。作製した薄膜のXPS分析の結果,数%のPdの添加に成功し,最大検出感度も3倍以上向上することを明らかにした。
上記の結果は、我々が新しく開発したPLDシステムにより初めて得られた結果であり,MRS2001,EACCS0lやFSE2001等の国際会議で発表した。今後は,応用物理学会誌等で報告する予定である。
来年度は本年度できなかった、Pdの添加効果等の詳細な実験・分析を行っていく予定である。

Research Products

• [Publications] Y.Suda: "Chromium Carbide Thin Films Synthesized by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"Jpn. J. Appi. Phys.. Vol.38. 3619-3621 (1999)
• [Publications] Y.Suda: "Silicon Carbide Thin Films Synthesized by Using Pulsed YAG Laser Deposition"J. of the Korean Phys.Society. Vol.35. S88-S91 (1999)
• [Publications] Y.Suda: "Crystalline Silicon Nitride Thin Films Grown by Pulsed YAG Laser Deposition"NanoStructured Phys.. Vol.12. 391-394 (1999)
• [Publications] H.Kawasaki: "Effects of Ion Beam Energy on the Formation of Cubic Boron Nitride Thin Films by Pulsed Nd/YAG Laser Deposition"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.39. 4525-4527 (2000)
• [Publications] Y.Suda: "Characterization of Crystalline TiC Films Grown by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.39. 4575-4576 (2000)
• [Publications] H.Kawasaki: "Effects of Cross-Magnetic Field on Thin Film Preparation by Nd/YAG Laser Deposition"Thin Solid Films. Vol.374. 278-281 (2000)
• [Publications] Y.Suda: "Formation and Properties of TiC Thin Films by Pulsed Nd/YAG Laser Deposition"Thin Solid Films. Vol.374. 282-286 (2000)
• [Publications] Y.Suda: "Characteristics of Silicon Carbide Thin Films Prepared by Using Pulsed Nd : YAG Laser Deposition Method"Grain Boundary Engineering in Ceramics. Vol.118. 535-542 (2001)
• [Publications] 川崎 仁晴: "パルスレーザデポジション法による炭化シリコン薄膜の作製"長崎県技術開発研究委託事業(学・官枠) 地域研究開発拠点支援事業(RSP)可能性試験研究報告書. 337-357 (2001)
• [Publications] H.Kawasaki: "Tantalum Nitride Thin Films Synthesized by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition Method"Mat. Res. Soc. Symp. Proc.. Vol.617. J3.22.1-J.3.22.5 (2001)
• [Publications] K.Doi: "Preparation of Crystalline Chromium Carbide Thin Films Synthesized by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"Mat. Res. Soc. Symp. Proc.. Vol.617. j.7.8.1-j.7.8.5 (2001)
• [Publications] Y.Suda: "Formation of Properties of Carbon Nitride Thin Films by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"Jpn. J. AppI. Phys.. Vol.40. 1061-1063 (2001)
• [Publications] H.Kawasaki: "Characterization of Tantalum Nitride Thin Films Fabricated by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition Method"Jpn. J. Appi. Phys.. Vol.40. 2391-2394 (2001)
• [Publications] Y.Suda: "Cubic Boron Nitride Thin Films by Ion-Beam Assisted Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"IEEE Transaction, Proc. of IIT-2000. 785-788 (2001)
• [Publications] Y.Suda: "Synthesis of Tin Oxide Thin Films by Pulsed Laser Deposition Using SnO_2 Targets"Mater. Res, Soc. Symp. Proc.. Vol.672. O10.10.1-O10.10.6 (2001)
• [Publications] Y.Suda: "Preparation of Crystalline TiC Thin Films by Pulsed Nd : YAG Laser Deosition Using Ti Target in Methane Gas"Materials Characterization. (印刷中).
• [Publications] H.Kawasaki: "NOx gas sensing properties of tungsten oxide thin films synthesized by pulsed laser deposition method"Applied Surface Science. (印刷中).