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Ion irradiation effects on the optical properties of tungsten oxide films

イオン照射による酸化タングステン膜の光学特性への影響

永田 晋二*; 藤田 遥*; 井上 愛知; 山本 春也; 土屋 文*; 四竈 樹男*

Nagata, Shinji*; Fujita, Haruka*; Inoue, Aichi; Yamamoto, Shunya; Tsuchiya, Bun*; Shikama, Tatsuo*

表面に触媒層を堆積させた三酸化タングステン(WO$$_{3}$$)膜は、水素に曝すと着色することから水素検知素子への応用が期待されている。WO$$_{3}$$膜の着色は、WO$$_{3}$$膜へのカチオンの導入、又は酸素空孔の形成によると考えられているが、水素による着色との関係は十分に理解されていない。そこで本研究では、イオン照射による酸素空孔の形成とWO$$_{3}$$膜の光学吸収特性への影響を調べた。スパッタリング法によりSiO$$_{2}$$基板上に作製したWO$$_{3}$$膜に対して200$$sim$$800keVに加速した酸素のイオンビーム照射を行い、WO$$_{3}$$膜の光学吸収係数の変化を測定した。その結果、照射量の増加とともにWO$$_{3}$$膜の着色が進み、光学吸収係数の変化は、酸素原子にはじき出しに関係する核的阻止能のみならず電子的阻止能を加えた値に依存することを見いだした。この結果からWO$$_{3}$$膜の着色は、イオン照射における電子励起にも起因することが示唆された。

A tungsten tri-oxide (WO$$_{3}$$) film covered with a thin catalyst layer is one of the candidates for hydrogen sensing devices that show a reversible coloration under hydrogen exposure. While the injection of the cations and/or the formation of the oxygen vacancies can be responsible for the coloration of the film, the mechanism of the gasochromic phenomenon is not fully understood. In the present work, the changes of the optical properties in the WO$$_{3}$$ film by ion irradiation were investigated to clarify the relation between the coloration and oxygen vacancies. WO$$_{3}$$ films of 300-500 nm thicknesses were deposited on SiO$$_{2}$$ substrates by magnetron sputtering. Oxygen ions at energies between 200 and 800 keV were irradiated to the WO$$_{3}$$ films. The optical absorption of the film was measured in the wavelengths between 190 and 1000 nm. The results show that the change of optical-absorption coefficient in WO$$_{3}$$ films depends on both electronic and nuclear stopping powers.

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