Establishment of Highly Ordered Structured Growth Process from Gas Phase Using High-speed Chemical Vapor Deposition and In-situ Observation

利用高速化学气相沉积和原位观察建立气相高度有序结构化生长过程

基本信息

批准号：
21J11881
负责人：
松本昭源
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

我々の研究グループでは、レーザー加熱を援用した化学気相析出法を利用することで、従来の気相法では到達し得ない高速成膜かつ特異な微細構造を有するセラミックスコーティングを報告してきた。中でも、申請者らは当研究費のHfO2-Al2O3系コーティングの合成を進める中で、気相から直接、相分離構造を有するHfO2-Al2O3系コーティングが合成できることを見出した。2021年度は、これら気相からの相分離構造をシンチレータ材料へ応用するために、まずは、各種添加元素を導入した希土類酸化物の単相の気相合成に取り組んだ。対象としては、Eu3+添加Y2O3やCe3+添加Lu3Al5O12に取り組んだ。原料には、ＹやLu、Alの有機金属原料を用い、原料炉内で所定の温度へと昇温させて前駆体ガスとした。基板には、セラミックス平板や核種酸化物の単結晶平板を用いて、加熱ステージ上で予熱した後、赤外レーザー照射によって加熱した。合成した試料は、Ｘ線回折により相同定を行い、微細組織は走査型電子顕微鏡によって観察した。フォトルミネッセンス特性は、蛍光分光光度計で測定し、シンチレーション特性はＸ線照射下またはアルファ線照射下にて卓上分光器や光電子増倍管を用いて測定した。X線照射下で、気相合成したCe3+:Lu3Al5O12膜は単結晶体と同様の5d-4f遷移由来による緑色の発光を示した。また、アルファ線照射下でのシンチレーション減衰プロファイルの測定より、合成したCe3+:Lu3Al5O12膜は、従来の単結晶体よりも早い応答特性を示すことが分かった。これは、溶融凝固法では到達し得ない高い添加元素濃度によるものと推察される。これら結果より、気相合成によってCe3+:Lu3Al5O12系シンチレータの合成を実証できた。この結果は、査読付き国際誌 (Sensor and Materials誌) に投稿、受理されている。

我们的研究小组报告了具有高速膜形成的陶瓷涂层和一种独特的微观结构，通过使用传统的蒸气相方法无法通过使用激光加热可调节的化学蒸气沉积方法来实现。其中，申请人发现，在为这项研究的基于HFO2-AL2O3的涂料合成基于HFO2-AL2O3的涂层时，基于HFO2-AL2O3的涂层具有相位分离结构的涂层，可以直接从气相中合成。在2021财年，为了将相位分离结构从气相应用于闪烁体材料，我们首先研究了稀土氧化物单相的气相合成，并引入了各种添加剂。靶标为Y2O3，具有EU3+和LU3AL5O12，具有Ce3+。作为原材料，使用了有机金属材料，例如Y，LU和Al，并将前体气体加热至原材料炉中的规定温度。使用陶瓷板或由核素氧化物制成的单晶板在加热阶段预热，然后通过红外激光照射加热。合成样品通过X射线衍射差异鉴定，并通过扫描电子显微镜观察细胞。使用荧光分光光度计测量光致发光特性，并在X射线照射或α辐射下使用桌面光谱仪或光电倍增管测量闪烁特性。在X射线照射下，蒸气相合成的CE3+：LU3AL5O12膜显示出从5d-4f过渡发出的绿光，类似于单晶。此外，在α辐照下闪烁衰减曲线的测量表明，合成的Ce3+：Lu3Al5O12膜比常规单晶表现出更快的响应特性。假定这是由于融化固化方法无法实现的添加元素的高浓度。这些结果证明了通过蒸气相合成的CE3+：LU3AL5O12闪烁体的合成。结果已在经过同行评审的国际杂志（传感器和材料）中提交并接受。