パルス変調ICPと固体の化学的相互作用を活用したセラミックス材料の高機能化

利用脉冲调制 ICP 和固体之间的化学相互作用提高陶瓷材料的功能

基本信息

批准号：
14658135
负责人：
石垣隆正
金额：
$ 2.18万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

研究代表者らが新しく開発したパルス変調高周波熱プラズマ〔PM-ICP〕は、従来にない特異な反応場を提供する。PM-ICPの重要な特徴として、通常高温熱源として利用される熱プラズマの化学的側面が顕在化されることが見いだされた。すなわち、水素ラジカルのように高化学活性な化学種を高濃度に発生するプラズマ源として働く。このプラズマ源を材料プロセスに応用する第一歩として、酸化亜鉛セラミックスへのプラズマ処理を行い、プラズマ特性と酸化亜鉛の発光特性の関係を調べ、高効率紫外発光デバイスへの応用に資することをめざした。14年度の研究で、酸化亜鉛中への数十ppmの水素溶解が高効率紫外発光と関係することを見いだした。本年度は、水素ドーピング機構の解明をめざした。そのために、格子欠陥の種類が異なる数種の試料を準備して、水素プラズマ照射処理を行い、発光との関連をしらべた。その結果、水素が酸化亜鉛中に溶解するときには電子を放出すること、さらに、酸化亜鉛中に電子を受け取れる格子欠陥があるときのみ、格子中に水素が溶解し格子欠陥が補償されてバンド端発光である波長約380nmの紫外発光が発現することがわかった。さらに、プラズマの化学組成を変化させて、プラズマから酸化亜鉛試料への熱伝導を制御することにより、緩やかな試料加熱が水素のドーピングにちょうどいいエネルギーを与え、試料の温度上昇による水素脱離を抑制して水素溶解が最適化されることも見いだした。

研究代表新开发的脉冲调制高频热等离子体（PM-ICP）提供了前所未有的独特反应场。人们发现 PM-ICP 的一个重要特征是它揭示了热等离子体的化学方面，而热等离子体通常用作高温热源。换句话说，它充当等离子体源，产生高化学活性的化学物质，例如高浓度的氢自由基。作为将该等离子体源应用于材料加工的第一步，我们将对氧化锌陶瓷进行等离子体处理，研究等离子体特性与氧化锌发光特性之间的关系，旨在为其在高效紫外光中的应用做出贡献- 发射装置。在 2014 年进行的研究中，我们发现氧化锌中溶解数十 ppm 的氢与高效的紫外线发射有关。今年，我们的目标是阐明氢掺杂机制。为此，我们制备了几种具有不同类型晶格缺陷的样品，对它们进行氢等离子体辐照处理，并研究了其与发光的关系。结果，当氢溶解在氧化锌中时，它会释放电子，只有当氧化锌中存在可以接受电子的晶格缺陷时，氢才会溶解在晶格中，补偿晶格缺陷，并发射带边光。发现表现出波长约380nm的紫外光发射。此外，通过改变等离子体的化学成分并控制从等离子体到氧化锌样品的热传递，样品的逐渐加热为氢掺杂提供了合适的能量，防止了由于样品温度升高而导致的氢解吸。还发现抑制氢溶解得到了优化。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

K.C.Paul, 石垣隆正, J.Mostaghimi, 作田忠裕: "Nonequilibrated Situations of Pulse Modulated Ar-H_2 and Ar-N_2 Themal Plasmas at Atmospheric Pressure"Journal of Applied Physics. (印刷中).

K.C.Paul、Takamasa Ishigaki、J.Mostaghimi、Tadahiro Sakuta：“大气压下脉冲调制 Ar-H_2 和 Ar-N_2 热等离子体的非平衡情况”应用物理学杂志（正在出版）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

大橋直樹, 石垣隆正, 関口隆史, 坂口勲, 羽田肇: "Passivation of Defects in ZnO by Hydrogen Plasma Irradiation"Mater.Res.Soc.Sympo.Proc.. 744巻. M5.3.1-M5.3.6 (2003)

Naoki Ohashi、Takamasa Ishigaki、Takashi Sekiguchi、Isao Sakaguchi、Hajime Hada：“氢等离子体辐照对 ZnO 中缺陷的钝化”Mater.Res.Soc.Sympo.Proc.. Vol. 744. M5.3.1-M5.3.6 (2003) ）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

K.C.Paul, 石垣隆正, J.Mostaghimi, 作田忠裕: "Nonequilibrated Situations of Pulse Modulated Ar-H_2 and Ar-N_2 Thermal Plasmas at Atmospheric Pressure"Journal of Applied Physics. 93巻11号. 8867-8875 (2003)

K.C.Paul、Takamasa Ishigaki、J.Mostaghimi、Tadahiro Sakuta：“大气压下脉冲调制 Ar-H_2 和 Ar-N_2 热等离子体的非平衡情况”《应用物理学杂志》第 93 卷，第 11 期。8867-8875（2003 年））

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

大橋直樹, 石垣隆正, 岡田展宏, 田口広之, 菱田俊一, 坂口勲ら: "Passivation of active recombination centers in ZnO by hydrogen doping"Journal of Applied Physics. 93巻10号. 6386-6392 (2003)

Naoki Ohashi、Takamasa Ishigaki、Nobuhiro Okada、Hiroyuki Taguchi、Shunichi Hishida、Isao Sakaguchi 等人：“氢掺杂对 ZnO 中活性复合中心的钝化”，《应用物理学杂志》，第 93 卷，第 10 期，第 6386-6392 期。 2003）