利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0150

利用課題名 / Title

白金/酸化チタンナノ接合を用いた水素センサー

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion

キーワード / Keywords

水素センサー,Pt /TiO2接合,ナノギャップ作製技術

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

内藤泰久

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-025：スパッタ成膜装置(芝浦）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　水素社会が注目されるとともに、省エネ水素センサーが求められている。その中でPt /TiO₂接合は、30年以上前から水素に反応する材料であると知られているが、TiO₂の結晶性改善のために大気中で500℃以上にて加熱処理するプロセスが必要であった。本研究ではナノ構造を取り入れることで、この加熱プロセスがスキップできることが分かった。

実験 / Experimental

【NPF054】ダイシングソー
【NPF025】スパッタ成膜装置（芝浦）　

　ナノギャップ作製技術を用いて、厚さ1nm程度のTi自然酸化膜を使ったPt/TiOx接合を作製し、水素センサー特性を評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

　Fig.1に作製した素子の断面TEM像を示す。この断面TEM像と同じ箇所を詳細に元素分析した結果、膜厚1nm程度の酸化チタン層がナノギャップ間を架橋し、Pt電極と接合を形成していることがわかった。
　次に作製した素子の水素センシング特性についてFig.2にて示す。10⁵という非常に大きなOn/Off比（高感度）を有しながら、室温・高速・省エネ動作可能なセンサーであることを実証した。併せて、電極間隔をナノスケールにすることで、結晶改善を行わずとも接合部の電気特性を引き出せるため、結晶性改善の熱処理プロセスが不要となった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1 Image of device section by TEM.

Fig.2 Characteristics of hydrogen sensor.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Yasuhisa Naitoh, High-speed hydrogen sensor fabricated using a platinum/titanium oxide nanocontact, Sensors and Actuators B: Chemical, 371, 132531(2022).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132531

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件