JP2002020199A - ルチル型酸化チタン単結晶薄膜の作製法 - Google Patents
ルチル型酸化チタン単結晶薄膜の作製法Info
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- JP2002020199A JP2002020199A JP2000200463A JP2000200463A JP2002020199A JP 2002020199 A JP2002020199 A JP 2002020199A JP 2000200463 A JP2000200463 A JP 2000200463A JP 2000200463 A JP2000200463 A JP 2000200463A JP 2002020199 A JP2002020199 A JP 2002020199A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ルチル型のＴｉＯ2単結晶薄膜を作製する方
法に関するものであり、結晶配向性を高めることにより
光エネルギー変換材料としての特性を向上させようとす
るものである。 【解決手段】 ＴｉＯ2ターゲットを酸素ガス雰囲気中
でレーザー照射によって蒸発させ、２００〜８００℃に
維持された無機又は金属製の基板上に蒸着させることに
より、ルチル型のＴｉＯ2単結晶薄膜を作製する方法で
あり、ＴｉＯ2単結晶薄膜を形成させるα−Ａｌ2Ｏ3基
板は（０００１）、（１０−１０）及び（０１−１２）
の両方位とし、その温度は２００℃〜８００℃に制御す
ることにより、無機あるいは金属の平滑基板の表面に薄
膜状のＴｉＯ2単結晶を成長させる。
法に関するものであり、結晶配向性を高めることにより
光エネルギー変換材料としての特性を向上させようとす
るものである。 【解決手段】 ＴｉＯ2ターゲットを酸素ガス雰囲気中
でレーザー照射によって蒸発させ、２００〜８００℃に
維持された無機又は金属製の基板上に蒸着させることに
より、ルチル型のＴｉＯ2単結晶薄膜を作製する方法で
あり、ＴｉＯ2単結晶薄膜を形成させるα−Ａｌ2Ｏ3基
板は（０００１）、（１０−１０）及び（０１−１２）
の両方位とし、その温度は２００℃〜８００℃に制御す
ることにより、無機あるいは金属の平滑基板の表面に薄
膜状のＴｉＯ2単結晶を成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ルチル型のＴｉＯ
2単結晶薄膜を作製する方法に関するものであり、結晶
配向性を高めることにより光エネルギー変換材料として
の特性を向上させようとするものである。
2単結晶薄膜を作製する方法に関するものであり、結晶
配向性を高めることにより光エネルギー変換材料として
の特性を向上させようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】配向性の高いルチル型ＴｉＯ2単結晶薄
膜の作製法には、有機金属気相成長法、クラスターイオ
ンビーム法、又はイオンビームスパッタリング法が知ら
れているが、これらの技術は巨大で複雑な実験装置を要
するため実用性に乏しい。一方、レーザー蒸着法は、プ
ロセスとして、また実験装置として、最もシンプルな薄
膜作製技術の一つである。同手法によってもルチル型Ｔ
ｉＯ2薄膜が作製されているが、これまでその構造は多
結晶に限られている。
膜の作製法には、有機金属気相成長法、クラスターイオ
ンビーム法、又はイオンビームスパッタリング法が知ら
れているが、これらの技術は巨大で複雑な実験装置を要
するため実用性に乏しい。一方、レーザー蒸着法は、プ
ロセスとして、また実験装置として、最もシンプルな薄
膜作製技術の一つである。同手法によってもルチル型Ｔ
ｉＯ2薄膜が作製されているが、これまでその構造は多
結晶に限られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光エネルギー利用効率
の向上には、生成した励起キャリア（電子と正孔）の再
結合速度を抑えることが有効であるため、薄膜の結晶構
造が大きく影響する。本発明の課題は、結晶配向性の制
御された高品質なルチル型のＴｉＯ2単結晶薄膜を作製
することにある。
の向上には、生成した励起キャリア（電子と正孔）の再
結合速度を抑えることが有効であるため、薄膜の結晶構
造が大きく影響する。本発明の課題は、結晶配向性の制
御された高品質なルチル型のＴｉＯ2単結晶薄膜を作製
することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザー蒸着
法を利用することによって、加熱したα−Ａｌ2Ｏ3単結
晶基板上にルチル型のＴｉＯ2単結晶薄膜を作製するも
のである。レーザー蒸着法ではレーザー光のエネルギー
が結晶化に寄与するため、比較的低温でも製膜できた。
法を利用することによって、加熱したα−Ａｌ2Ｏ3単結
晶基板上にルチル型のＴｉＯ2単結晶薄膜を作製するも
のである。レーザー蒸着法ではレーザー光のエネルギー
が結晶化に寄与するため、比較的低温でも製膜できた。
【０００５】即ち、本発明は、ＴｉＯ2ターゲットを酸
素ガス雰囲気中でレーザー照射によって蒸発させ、２０
０〜８００℃に維持された無機又は金属製の基板上に蒸
着させることにより、ルチル型のＴｉＯ2単結晶薄膜を
作製する方法であり、ＴｉＯ2単結晶薄膜を形成させる
α−Ａｌ2Ｏ3基板は（０００１）、（１０−１０）及び
（０１−１２）の面方位とし、その温度は２００℃〜８
００℃に制御することにより、無機あるいは金属の平滑
基板の表面に薄膜状のＴｉＯ2単結晶を成長させるもの
である。
素ガス雰囲気中でレーザー照射によって蒸発させ、２０
０〜８００℃に維持された無機又は金属製の基板上に蒸
着させることにより、ルチル型のＴｉＯ2単結晶薄膜を
作製する方法であり、ＴｉＯ2単結晶薄膜を形成させる
α−Ａｌ2Ｏ3基板は（０００１）、（１０−１０）及び
（０１−１２）の面方位とし、その温度は２００℃〜８
００℃に制御することにより、無機あるいは金属の平滑
基板の表面に薄膜状のＴｉＯ2単結晶を成長させるもの
である。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明は、ＴｉＯ2焼結体ターゲ
ットを酸素ガス雰囲気でレーザー照射によって蒸発さ
せ、無機あるいは金属の平滑基板の表面に薄膜状のＴｉ
Ｏ2単結晶を成長させるものである。この作製条件とし
ては、レーザーの波長とエネルギー、レーザーの照射方
法、雰囲気酸素のガス圧、基板の種類と温度が重要な項
目となる。
ットを酸素ガス雰囲気でレーザー照射によって蒸発さ
せ、無機あるいは金属の平滑基板の表面に薄膜状のＴｉ
Ｏ2単結晶を成長させるものである。この作製条件とし
ては、レーザーの波長とエネルギー、レーザーの照射方
法、雰囲気酸素のガス圧、基板の種類と温度が重要な項
目となる。
【０００７】本発明においては、上記レーザーの波長と
しては２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマーレーザー）のもの
を使用し、上記レーザーエネルギーとしては５０〜２５
０ｍＪ／パルス、好ましくは１７０〜２３０ｍＪ／パル
ス、最も好ましくは２００ｍＪ／パルスのものを使用す
る。レーザーの照射方法としては、基板に対向するター
ゲットに対して４５°の方向から集光した上記波長及び
エネルギーのレーザー光を照射する。
しては２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマーレーザー）のもの
を使用し、上記レーザーエネルギーとしては５０〜２５
０ｍＪ／パルス、好ましくは１７０〜２３０ｍＪ／パル
ス、最も好ましくは２００ｍＪ／パルスのものを使用す
る。レーザーの照射方法としては、基板に対向するター
ゲットに対して４５°の方向から集光した上記波長及び
エネルギーのレーザー光を照射する。
【０００８】又、上記雰囲気酸素のガス圧としては１０
〜１００ｍＴｏｒｒ、好ましくは１０〜５０ｍＴｏｒ
ｒ、最も好ましくは２０ｍＴｏｒｒのものを使用し、基
板の種類としてはαーＡｌ2Ｏ3単結晶の（０００１）、
（１０−１０）又は（０１−１２）の各面が使用され
る。
〜１００ｍＴｏｒｒ、好ましくは１０〜５０ｍＴｏｒ
ｒ、最も好ましくは２０ｍＴｏｒｒのものを使用し、基
板の種類としてはαーＡｌ2Ｏ3単結晶の（０００１）、
（１０−１０）又は（０１−１２）の各面が使用され
る。
【０００９】本発明は、レーザー蒸着法を利用してα−
Ａｌ2Ｏ3単結晶基板上に１０ｎｍ〜２μｍの厚さでルチ
ル型ＴｉＯ2結晶薄膜を作製させるものである。そし
て、薄膜を形成する基板の温度を２００℃〜８００℃
（好ましくは３５０℃〜８００℃）に制御される条件と
し、異なる面方位の基板を用いることで結晶配向性を制
御するものとする。即ち、上記のとおり、αーＡｌ2Ｏ3
単結晶からなる基板における（０００１）、（１０−１
０）、（０１−１２）の面方位が使用される。以下、本
発明を実施例に基づいて説明する。
Ａｌ2Ｏ3単結晶基板上に１０ｎｍ〜２μｍの厚さでルチ
ル型ＴｉＯ2結晶薄膜を作製させるものである。そし
て、薄膜を形成する基板の温度を２００℃〜８００℃
（好ましくは３５０℃〜８００℃）に制御される条件と
し、異なる面方位の基板を用いることで結晶配向性を制
御するものとする。即ち、上記のとおり、αーＡｌ2Ｏ3
単結晶からなる基板における（０００１）、（１０−１
０）、（０１−１２）の面方位が使用される。以下、本
発明を実施例に基づいて説明する。
【００１０】
【実施例１】エネルギー２００ｍＪ／パルス、幅１０ｎ
ｓのＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）パル
スを繰り返し周波数１０Ｈｚで低圧酸素雰囲気中（２０
ｍＴｏｒｒ）に置いたＴｉＯ2焼結体ターゲットに集光
・照射した。ターゲットより約５５ｍｍの距離に面方位
（０００１）のα−Ａｌ2Ｏ3単結晶基板を設置し、その
温度をあらかじめ３５０℃に保持した。３時間の製膜に
よって、寸法１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ１．２μｍのＴ
ｉＯ2薄膜ができた。
ｓのＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）パル
スを繰り返し周波数１０Ｈｚで低圧酸素雰囲気中（２０
ｍＴｏｒｒ）に置いたＴｉＯ2焼結体ターゲットに集光
・照射した。ターゲットより約５５ｍｍの距離に面方位
（０００１）のα−Ａｌ2Ｏ3単結晶基板を設置し、その
温度をあらかじめ３５０℃に保持した。３時間の製膜に
よって、寸法１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ１．２μｍのＴ
ｉＯ2薄膜ができた。
【００１１】Ｘ線回折分析によりこのＴｉＯ2薄膜の結
晶構造を評価したところ、図１に示すようにルチル型の
ＴｉＯ2配向薄膜が成長していた。
晶構造を評価したところ、図１に示すようにルチル型の
ＴｉＯ2配向薄膜が成長していた。
【００１２】即ち、図は（０００１）面のα−Ａｌ2Ｏ3
単結晶基板上にレーザー蒸着したＴｉＯ2薄膜のＸ線回
折パターン（２θ−θスキャン）である。２θ＝３９．
７°の回折ピークはルチルＴｉＯ2（２００）面に由来
しており、基板面上に（１００）面が選択的に成長して
いることを示している。
単結晶基板上にレーザー蒸着したＴｉＯ2薄膜のＸ線回
折パターン（２θ−θスキャン）である。２θ＝３９．
７°の回折ピークはルチルＴｉＯ2（２００）面に由来
しており、基板面上に（１００）面が選択的に成長して
いることを示している。
【００１３】α−Ａｌ2Ｏ3基板との結晶方位関係は、成
長方位：ＴｉＯ2（１００）／／α−Ａｌ2Ｏ3（０００
１）、面内方位：ＴｉＯ2［０１０］／／α−Ａｌ2Ｏ3
［１１−２０］であった。また、ＴｉＯ2（２００）か
らの回折ピークの半値幅は０．１９°であることを確認
した。
長方位：ＴｉＯ2（１００）／／α−Ａｌ2Ｏ3（０００
１）、面内方位：ＴｉＯ2［０１０］／／α−Ａｌ2Ｏ3
［１１−２０］であった。また、ＴｉＯ2（２００）か
らの回折ピークの半値幅は０．１９°であることを確認
した。
【００１４】さらに、２．０ＭｅＶ4Ｈｅイオンを用い
たラザフォード後方散乱／チャネリング法により構造評
価した結果、ＴｉＯ2最表面の結晶性は完全結晶に対し
て９６％であった。
たラザフォード後方散乱／チャネリング法により構造評
価した結果、ＴｉＯ2最表面の結晶性は完全結晶に対し
て９６％であった。
【００１５】
【実施例２】実施例１と同様の条件でα−Ａｌ2Ｏ3基板
の面方位を（１０−１０）とし、厚さ１．０μｍのＴｉ
Ｏ2薄膜を作製した。この場合には、ルチル型の配向薄
膜が成長方位：ＴｉＯ2（００１）／／α−Ａｌ2Ｏ
3（１０−１０）、面内方位：ＴｉＯ2［１００］／／α
−Ａｌ2Ｏ3［０００１］という結晶方位関係で成長して
いることがＸ線回折分析による結晶構造の評価から明ら
かになった。（００２）回折ピークの半値幅は０．３９
°であった。
の面方位を（１０−１０）とし、厚さ１．０μｍのＴｉ
Ｏ2薄膜を作製した。この場合には、ルチル型の配向薄
膜が成長方位：ＴｉＯ2（００１）／／α−Ａｌ2Ｏ
3（１０−１０）、面内方位：ＴｉＯ2［１００］／／α
−Ａｌ2Ｏ3［０００１］という結晶方位関係で成長して
いることがＸ線回折分析による結晶構造の評価から明ら
かになった。（００２）回折ピークの半値幅は０．３９
°であった。
【００１６】一方、ラザフォード後方散乱／チャネリン
グ法による構造評価によると、この薄膜の結晶性は完全
結晶に対して８５％であった。
グ法による構造評価によると、この薄膜の結晶性は完全
結晶に対して８５％であった。
【００１７】
【発明の効果】単結晶状のルチル型ＴｉＯ2薄膜は、結
晶格子中における欠陥密度が著しく小さいため、光励起
で生成した電子と正孔を効率よく利用することが可能に
なる。よって本発明の方法は、高効率な光エネルギー変
換材料の創製に向けてのＴｉＯ 2素子の開発に役立つ。
晶格子中における欠陥密度が著しく小さいため、光励起
で生成した電子と正孔を効率よく利用することが可能に
なる。よって本発明の方法は、高効率な光エネルギー変
換材料の創製に向けてのＴｉＯ 2素子の開発に役立つ。
【図１】 （０００１）面のα−Ａｌ2Ｏ3単結晶基板
上にレーザー蒸着したＴｉＯ2薄膜のＸ線回折パターン
（２θ−θスキャン）を示す図である。
上にレーザー蒸着したＴｉＯ2薄膜のＸ線回折パターン
（２θ−θスキャン）を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 春也 群馬県高崎市綿貫町1233番地 日本原子力 研究所高崎研究所内 (72)発明者 宮下 敦巳 群馬県高崎市綿貫町1233番地 日本原子力 研究所高崎研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BB04 DA03 EA02 ED05 ED06 SB03
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザー蒸着法により酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2）ターゲットを蒸発させ、それをサファイア（α−
Ａｌ2Ｏ3）単結晶基板上に蒸着することにより、基板上
に１０ｎｍ（ナノメーター）〜２μｍの厚さのルチル型
ＴｉＯ2単結晶薄膜を作製する方法。 - 【請求項２】 ＴｉＯ2単結晶薄膜を形成させるα−Ａ
ｌ2Ｏ3基板は（０００１）、（１０−１０）及び（０１
−１２）の面方位とし、その温度は２００℃〜８００℃
に制御する請求項１に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000200463A JP4747330B2 (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | ルチル型酸化チタン単結晶薄膜の作製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000200463A JP4747330B2 (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | ルチル型酸化チタン単結晶薄膜の作製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002020199A true JP2002020199A (ja) | 2002-01-23 |
| JP4747330B2 JP4747330B2 (ja) | 2011-08-17 |
Family
ID=18698338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000200463A Expired - Fee Related JP4747330B2 (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | ルチル型酸化チタン単結晶薄膜の作製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4747330B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006213583A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Japan Atomic Energy Agency | 結晶配向した硫黄添加二酸化チタン膜の作製法 |
| WO2008118533A2 (en) | 2007-02-07 | 2008-10-02 | Imra America, Inc. | A method for depositing crystalline titania nanoparticles and films |
| JP2009511742A (ja) * | 2005-10-13 | 2009-03-19 | ナムローゼ・フェンノートシャップ・ベーカート・ソシエテ・アノニム | スパッタリングによって被膜を堆積する方法 |
| JP2015068687A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 株式会社デンソー | 温度センサ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63147890A (ja) * | 1986-12-11 | 1988-06-20 | Sharp Corp | 高融点材料の単結晶薄膜の製造方法 |
| JP2001232213A (ja) * | 2000-02-24 | 2001-08-28 | Sharp Corp | 光触媒薄膜材料及びその製造方法 |
| JP2001342022A (ja) * | 2000-05-31 | 2001-12-11 | Japan Atom Energy Res Inst | アナターゼ型ＴｉＯ２単結晶薄膜の作製方法 |
-
2000
- 2000-07-03 JP JP2000200463A patent/JP4747330B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63147890A (ja) * | 1986-12-11 | 1988-06-20 | Sharp Corp | 高融点材料の単結晶薄膜の製造方法 |
| JP2001232213A (ja) * | 2000-02-24 | 2001-08-28 | Sharp Corp | 光触媒薄膜材料及びその製造方法 |
| JP2001342022A (ja) * | 2000-05-31 | 2001-12-11 | Japan Atom Energy Res Inst | アナターゼ型ＴｉＯ２単結晶薄膜の作製方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JPN6010050835, 八巻 徹也 他, "レーザー蒸着法による高配向性ＴｉＯ２薄膜の作製", 日本化学会講演予稿集, 20000315, Ｖｏｌ．７８， Ｎｏ．１, ｐ．６９ * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006213583A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Japan Atomic Energy Agency | 結晶配向した硫黄添加二酸化チタン膜の作製法 |
| JP2009511742A (ja) * | 2005-10-13 | 2009-03-19 | ナムローゼ・フェンノートシャップ・ベーカート・ソシエテ・アノニム | スパッタリングによって被膜を堆積する方法 |
| WO2008118533A2 (en) | 2007-02-07 | 2008-10-02 | Imra America, Inc. | A method for depositing crystalline titania nanoparticles and films |
| EP2671970A1 (en) | 2007-02-07 | 2013-12-11 | Imra America, Inc. | A method for depositing crystalline titania nanoparticles and films |
| US8609205B2 (en) | 2007-02-07 | 2013-12-17 | Imra America, Inc. | Method for depositing crystalline titania nanoparticles and films |
| JP2015068687A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 株式会社デンソー | 温度センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4747330B2 (ja) | 2011-08-17 |
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