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Hydrogen retention induced by ion implantation in tungsten trioxide films

イオン注入法により三酸化タングステン膜中に導入させた水素の効果

井上 愛知; 山本 春也; 永田 晋二*; 吉川 正人; 四竈 樹男*

Inoue, Aichi; Yamamoto, Shunya; Nagata, Shinji*; Yoshikawa, Masahito; Shikama, Tatsuo*

酸化タングステン中に導入される水素量と光学特性の関係を定量的に調べた。反応性スパッタ法により、金属タングステン(200nm)によって表面を被覆した非晶質WO$$_{3}$$(300nm)膜を作製し、10keVに加速したH$$_{2}$$$$^{+}$$イオンを照射した。その結果、膜中に注入された水素濃度は、照射量とともにH/W$$sim$$0.4まで増加することがわかった。水素の導入量がH/W$$sim$$0.1までは、WO$$_{3}$$膜の吸光係数は水素導入量に比例して約0.3$$mu$$m$$^{-1}$$まで増加したが、それ以上では緩やかに増加し約0.4$$mu$$m$$^{-1}$$で飽和した。このことから、H/W$$sim$$0.1未満の注入量では、WO$$_{3}$$の吸光度を測定することでWO$$_{3}$$内部への水素導入量を定量できることがわかった。

We quantitatively studied the relation between hydrogen retention and optical properties induced by hydrogen ion implantation in tungsten trioxide (WO$$_{3}$$) films. Films of WO$$_{3}$$ (300 nm) covered with tungsten metal layers (200 nm) were prepared on transparent SiO$$_{2}$$ substrates by a reactive sputtering in Ar and O$$_{2}$$ mixture. When H$$_{2}$$$$^{+}$$ ions were implanted into the samples at an acceleration voltage of 10 kV, the concentration of hydrogen retaining in the WO$$_{3}$$ films increased up to 0.4 H/W in proportion to the fluence of H$$_{2}$$$$^{+}$$ ions. The optical absorption coefficient at 750 nm of samples increased linearly by 3 $$mu$$m$$^{-1}$$ with increasing the concentration of hydrogen implanted up to 0.1 H/W. And then, increased and saturated at 4 $$mu$$m$$^{-1}$$ with the increase of hydrogen concentration higher than 0.1 H/W. It was found that the hydrogen retention up to 0.1 H/W in tungsten trioxide layers can be monitored by measuring the optical absorbance.

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