不連続Pd薄膜の電気抵抗変化による水素検知

Behavior of Pd discontinuously thin film resistance for hydrogen detection

Zhao, M.; 井上 愛知; 山本 春也; 吉川 正人

Zhao, M.; Inoue, Aichi; Yamamoto, Shunya; Yoshikawa, Masahito

水素ガス漏洩検知を目的に、水素曝露によるパラジウム金属薄膜の電気抵抗の変化を調べた。スパッタ法により室温に保持したSi単結晶基板上に作製した10nm以下のパラジウム金属薄膜を試料として用いた。アルゴンガスで希釈した1%水素に曝したときの試料表面の電気抵抗の変化を調べた結果、膜厚6.8nmの試料の電気抵抗値は単調に減少したが、膜厚2nm以下では抵抗が瞬時に増大した後減少する特異な現象が現れた。そこで膜厚2nm以下の試料の表面形態をSEMで観察したところ、数nmのパラジウム粒子が不連続に堆積されていることがわかった。このことから、水素曝露による電気抵抗の変化はパラジウム水素化物の形成とパラジウム結晶格子の膨張による粒子間の接触性の変化に関連することが示唆された。

This study reports an unusual response of ultra thin Pd films upon exposure to H. Palladium was deposited to form the films with thickness less than 10 nm by RF sputtering on a Si substrate at room temperature. The resistance of Pd film with thickness of 6.8 nm that decreases during exposure to H has been reported previously. When the film thickness is less than 2 nm, however, the resistance increases with a consequently reduction was observed during exposure to H. This phenomenon could be only observed in discontinuously films composed of nano-metered particles. Such behavior is considered to be results of the formation of the hydride and the closure of the conduction path due to expansion of the lattice. The result indicates that the discontinuously thin Pd film (2 nm) could be considered as a very competitive candidate for hydrogen sensing.