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Photo-induced surface charge separation in Cr-implanted TiO$$_2$$ thin film

Crイオン注入TiO$$_2$$薄膜の光誘起表面電荷分離性能に関する研究

住田 泰史*; 八巻 徹也; 山本 春也; 宮下 敦巳

Sumita, Taishi*; Yamaki, Tetsuya; Yamamoto, Shunya; Miyashita, Atsumi

酸化チタン(TiO$$_2$$)表面の電荷分離性能を,パルスレーザーデポジション法で製膜したCrが一様分布した膜と、イオン注入により作成したCr濃度勾配を持つ膜について、本研究室にて開発したパルス光励起表面電荷分離性能評価法(PITCS)を用いて評価を行った。その際、Crの膜内分布は二次イオン質量分析計で確認を行い、両膜の最表面のCr濃度はXPSを用いて等しくなるように作成を行った。PITCS法は金属電極を用いず、外部電界も印加する必要がないので、TiO$$_2$$表面の既存のバンド勾配を乱すことなく、その膜の本質的な電荷分離性能を見積もることが可能である。この手法を用いて測定を行った結果、Cr濃度勾配を持つ膜は520nmの可視光に対してまで高い電荷分離性能を示した。これは、Cr一様分布膜や、アナターゼ単結晶膜よりはるかに高い性能であった。

Surface charge separation efficiencies of uniformly Cr-distributed rutile grown by pulse laser deposition(PLD) using Cr/TiO$$_2$$ multi-targets and rutile with Cr concentration gradient produced by ion implantation with the appropriate post-annealing process were characterized by photo-induced transient charge separation (PITCS) measurement. Cr depth profiles were obtained by secondary ion mass spectrometry(SIMS) and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) was used to determine that both surface Cr concentrations were the same. PITCS can be measured without direct contacts and without an externally applied field, and demonstrate the inherent property of charge separation without disturbing spontaneously formed surface band bending. There was a large charge separation for implanted rutile with Cr gradient, even in the visible light region ($$sim$$520nm), which was more remarkable than that of uniform rutile and epitaxial anatase films.

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パーセンタイル:69.66

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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