Swelling of radiation-cured polymer precursor powder for silicon carbide by pyrolysis

武山 昭憲; 出崎 亮; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Journal of Asian Ceramic Societies (Internet), 3(4), p.402 - 406, 2015/12

https://doi.org/10.1016/j.jascer.2015.08.003

Ceramic yield, density, volume change and pore size distribution were measured for radiation- and thermally cured (poly carbo silan) PCS powder when they were pyrolyzed in the temperature ranges between 673 and 973 K. Higher ceramic yield was obtained for radiation-cured powder due to smaller amount of evolved gas. Temperature dependence of volume change and the total pore volume show the formation and disappearance of pores in the powders were determined by the volume shrinkage and evolution of decomposed gases. Volume shrinkage narrowed the pore size distribution for radiation-cured powder. For thermally cured powder, the narrowing of size distribution was disturbed by aggregated pores. Smaller amount of evolved gas from radiation-cured powder relative to thermally cured powder prevented the aggregation of pores and provided the narrow size distribution.

A Development of super radiation-hardened power electronics using silicon carbide semiconductors; Toward MGy-class radiation resistivity

土方 泰斗*; 三友 啓*; 松田 拓磨*; 村田 航一*; 横関 貴史*; 牧野 高紘; 武山 昭憲; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; et al.

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.130 - 133, 2015/11

In order to develop semiconductor devices with MGy radiation resistivity, we are developing power metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs) based on silicon carbide (SiC) semiconductors. The -ray irradiation responses of power SiC-MOSFETs were studied under various irradiation temperatures and humidity with various gate-bias conditions. Making comparisons between these responses, the optimum device operating condition and a better device structure were derived and MGy resistivity was achieved. Besides, -ray irradiation tests for a motor-driver circuits consisting of SiC-MOSFETs were carried out, and as a result, their continuous operation up to 2 MGy was confirmed.

Development of the RAQM2 aerosol chemical transport model and predictions of the Northeast Asian aerosol mass, size, chemistry, and mixing type

梶野 瑞王*; 猪俣 弥生*; 佐藤 啓市*; 植田 洋匡*; Han, Z.*; An, J.*; 堅田 元喜; 出牛 真*; 眞木 貴史*; 大島 長*; et al.

Atmospheric Chemistry and Physics, 12(24), p.11833 - 11856, 2012/12

https://doi.org/10.5194/acp-12-11833-2012

北東アジア領域の大気汚染を再現するために、新しいエアロゾル化学輸送モデルRAQM2を開発した。単純化したエアロゾル動力学モデルとガス・粒子転換の完全動的解法をモデルに導入した。大気エアロゾルの性状を厳密に考慮するために、エアロゾルの粒径を4つのカテゴリに分類して計算する分類法を適用し、2006年の1年間について北東アジアの大気拡散シミュレーションを実施した。計算値と観測値の比較によると、主要な人為及び自然起源の大気中無機物質の広域輸送プロセスをファクター2から5の精度で再現した。計算された質量ベースの粒径分布と化学組成は、観測結果と一致した。辺戸岬での比較によると、冬季には累積モードのエアロゾルに凝縮したHSOガスが主要であったが、夏季にはエイトケン・累積モードのエアロゾルと混合した非海塩由来のSOが主要であった。エアロゾルの混合形態は光学的性質と雲の凝縮活性化を変化させるため、このプロセスの厳密な予測と検証がエアロゾル・雲・放射相互作用研究において必要不可欠である。

硫黄添加二酸化チタン繊維の可視光触媒効果(共同研究)

武山 昭憲; 山本 春也; 吉川 正人; 長谷川 良雄*; 粟津 賢史*

JAEA-Research 2007-012, 29 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-012.pdf:3.77MB

ゾル-ゲル法によってプレカーサー繊維を作製し、それを硫化水素雰囲気で熱処理後、引き続き酸素雰囲気中で熱処理することによって、硫黄添加二酸化チタン繊維を作製した。繊維の結晶構造は二酸化チタンのアナターゼ構造であり、光触媒効果の発現に適した結晶構造であることがわかった。光学特性の評価の結果、硫黄添加二酸化チタン繊維はアナターゼ構造よりも見かけ上約0.06eV短いバンドギャップを持ち、より多くの量の可視光を吸収できることがわかった。元素分析の結果から、繊維中には硫黄原子が約0.58原子%添加されており、また二酸化チタンの酸素原子と置換した位置に添加されていることがわかった。この硫黄添加二酸化チタン繊維を用いてトリクロロエチレンの分解実験を行ったところ、可視光照射下においてトリクロロエチレン濃度の減少と二酸化炭素の発生が確認された。このことから、硫黄添加二酸化チタン繊維が可視光照射下で光触媒効果を発現可能であることがわかった。

Characterization of sulfur-doped TiO films by RBS/C

山本 春也; 武山 昭憲; 吉川 正人

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 242(1-2), p.377 - 379, 2006/01

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2005.08.077

硫黄を添加した二酸化チタン(S-TiO)の粉末試料では、可視光領域の光吸収の発現など光学的特性が変化し、光触媒性の向上が見いだされている。そこで本研究では、S-TiO粉末を原料とした薄膜の作製を目指し、パルスレーザー蒸着法を用いて多結晶及び単結晶構造のS-TiO膜の作製を試みた。作製した膜について、X線回折,ラザフォード後方散乱法などを用いて構造評価を行った。その結果、硫黄の添加量を数at.%の濃度で制御し、シリコン基板上にアナターゼ型の多結晶TiO膜,サファイア(0001)単結晶基板上にルチル型のTiO(100)単結晶膜を作製することができた。本研究よりTiO膜中の硫黄濃度を制御する主なパラメータは、ターゲットの組成,成膜中の雰囲気,基板温度であることが明らかになった。

Formation of Cu precipitates by ion implantation and thermal annealing for the growth of oxide nanorods

武山 昭憲; 山本 春也; 伊藤 洋; 吉川 正人

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 232(1-4), p.333 - 337, 2005/05

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2005.03.068

イオン注入と熱処理によって、Si(100)基板上に銅化合物微粒子を生成させた。熱処理時間を長くすると、銅化合物微粒子の形状は長方形から細長いピラミッド状に変化した。この形状変化は、銅化合物微粒子が基板との界面エネルギーを最小化するため、基板上にエピタキシャル成長した結果生じたと考えられる。一方、熱処理時間が長くなるほど(1時間)銅化合物微粒子の生成密度は増加するが、逆にその大きさは減少することがわかった。以上の結果から、銅化合物微粒子の形状,大きさ及び生成密度が熱処理時間の長短によって制御可能であることがわかった。したがって、銅化物微粒子の大きさを上述の方法でナノメートルサイズに制御することにより、ナノメートルサイズの柱状酸化亜鉛(酸化亜鉛ナノロッド)の形成が可能である見通しを得た。

イオン注入による酸化タングステン水素センサの応答特性制御

武山 昭憲; 山本 春也; 吉川 正人; 伊藤 洋

no journal, , 

酸化タングステン(WO)を用いた抵抗式水素センサは、水素との反応により生ずる抵抗値の変化により水素を検知可能であり、構造が単純であることから安価な水素センサとして期待されている。センサ表面には水素分子を原子状にしてWOと反応させるための金属触媒(白金やパラジウム)が蒸着されているが、これに加え金を蒸着するとセンサの応答特性が向上する可能性が報告されている。一方、酸化物上の金属触媒の触媒効果は、酸化物と金属触媒との相互作用に大きく影響されるため、センサの応答特性向上のためには触媒-WO界面の制御が重要である。本研究では、WOに蒸着した金の触媒効果を向上させ水素センサの応答特性を向上させる可能性を探るべく、銀イオン注入と熱処理がセンサ応答特性に及ぼす影響を調べた。その結果、イオン注入したWOに触媒である金を蒸着後熱処理すると、水素センサの応答速度が向上することがわかった。これは熱処理により注入した銀が拡散し触媒である金-酸化タングステン界面が改善されるためと考えられ、酸化タングステンを用いた水素センサの応答特性をイオン注入により向上できる見通しを得た。

電子線照射を用いた炭化ケイ素セラミック水素分離膜の作製

武山 昭憲; 杉本 雅樹; 吉川 正人

no journal, , 

耐蝕性材料である炭化珪素セラミックス(SiC)から成るSiCセラミック薄膜は、腐食性雰囲気から水素(H)を回収する水素分離膜への応用が期待されている。SiCセラミック薄膜はアルミナ等でできた多孔質基材表面に形成されるが、SiCセラミック薄膜にH分離能を付与するには、SiCセラミックスの前駆体高分子であるポリカルボシラン(PCS)薄膜を、多孔質基材の細孔を閉塞するように形成する技術が不可欠である。本発表では、「再浸漬法」を用いてアルミナ製多孔質基材の細孔をPCS薄膜で閉塞し、SiCセラミック薄膜へのH分離能の付与に取り組んだ。PCS薄膜を表面に塗布したアルミナ多孔質基材(細孔径100nm)を、3%, 10%PCS溶液に浸漬し(再浸漬)、このときの多孔質基材内部にかかる圧力(内圧)を隔膜式真空計で測定した。その結果、再浸漬時間に比例して内圧が増加し、その増加速度は3%, 10%PCS溶液の順に遅くなり、PCS溶液がPCS薄膜を再溶解しながら基材に浸透することが確かめられた。次に3%溶液を用いて再浸漬時間1.5秒でPCS薄膜を形成後、無酸素雰囲気での電子線架橋及び焼成(700C)によりSiC薄膜を作製した。SiC薄膜のH透過率はアレニウスプロットに従うことから、PCS薄膜の再溶解とPCS溶液の浸透を利用して、アルミナ多孔質基材の細孔をPCS薄膜で閉塞し、SiCセラミック薄膜にH分離能が付与できることがわかった。

イオン注入基板上に生成させた触媒微粒子による柱状酸化亜鉛の作製

武山 昭憲; 山本 春也; 伊藤 洋; 吉川 正人

no journal, , 

触媒微粒子が生成した基板上に成長した柱状酸化亜鉛(酸化亜鉛ナノロッド)は、非常に大きな比表面積を有するため、各種ガスセンサへの応用が期待される材料である。従来、このような酸化亜鉛ナノロッドの成長はサファイア基板上へ行われてきたが、サファイアは高価な材料であるため、より安価な材料であるシリコン基板上へナノロッドを成長させる方法の確立が強く求められている。しかし、シリコン基板上へは直径の大きなナノロッドが成長(膜厚5nm相当量の触媒微粒子に対し直径約300nmのナノロッドが成長)しやすく、その結果、比表面積の減少によりガスセンサの感度が低下するという問題があった。そこで本研究では、銅イオン注入したシリコン基板(イオン注入基板)に同量の金微粒子を蒸着後、熱処理によって基板上に触媒微粒子を生成させ、これを用いてナノロッドを成長させた。その結果、未注入基板と比べた場合、直径約300nmのナノロッドの本数を約20%減少させ、さらに直径約100nmのナノロッドの本数を3倍に増加させることに成功した。このことから、銅イオン注入と金微粒子の蒸着により生成させた触媒微粒子を用いると、直径の小さな酸化亜鉛ナノロッドをシリコン基板上に成長させることが可能であることがわかった。

高温熱処理したSiC中に存在する単一光子源

大島 武; Lohrmann, A.*; Johnson, B. C.*; Castelletto, S.*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 武山 昭憲; Klein, J. R.*; Bosi, M.*; Negri, M.*; et al.

no journal, , 

量子スピントロニクスや量子フォトニクスへの応用が期待される炭化ケイ素半導体(SiC)中の単一光子源(SPS)に関して、デバイス作製の際に用いる高温熱処理といったプロセス後にも安定に存在するSPSの探索を行った。共焦点蛍光顕微鏡(CFM)観察の結果、1600C以上での熱処理後も550600nmの波長帯に室温においても高輝度で発光特性を示すSPSが存在することが確認された。加えて、未熱処理のSiC基板のCFM観察を行ったところ、非常に少量ではあるが同様なSPSが存在することも判明したが、発光は不安定であり、数秒間の観察中に発光が消失してしまうことが見いだされた。そこで、熱処理温度(酸素中、5分間)とSPSの発光の安定性の関係を調べたところ、550C以上の熱処理で発光が安定化することが明らかとなった。