【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NU0401
利用課題名 / Title
アノード酸化ポーラス酸化皮膜の幾何学形状解析
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/ Electronic microscope,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,セラミックスデバイス/ Ceramic device,光デバイス/ Optical Device
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)
近藤 敏彰
所属名 / Affiliation
愛知工科大学 工学部 機械システム工学科
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
林 育生
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ポーラス酸化ガリウムは，大表面積，水の完全分解が可能な半導体特性を有するといった特徴から，光触媒，水素生成デバイスへの応用が提案され，その作製手法は大きな関心を集めている。ポーラス酸化ガリウムの形成手法としてアノード酸化プロセスが挙げられる。本手法により形成されるポーラス酸化ガリウムのナノ細孔の配列および成長方向は，通常，ランダムである。しかしデバイス性能はナノポーラス構造の幾何学形状に大きく依存することから，デバイス性能の改善にはポーラス酸化ガリウムの幾何学形状の精密制御が重要である。本課題では，ポーラス酸化ガリウムの幾何学形状制御にもとづいたデバイス性能の改善を目的に，その初期的検討として，ポーラス酸化ガリウムのナノ細孔成長挙動の観察を行った。
実験 / Experimental
ディスポーザブルシリンジ中に固体ガリウムを配置し，ホットプレートで加熱することで溶融させた。液体ガリウムを，アクリルプレートとシリコーンゴムシートからなるモールド中に注入し，液体ガリウムの一部を種結晶と接触させて冷却した。接触部から優先的に固化が進行し，結晶配向の制御された単結晶ガリウムが得られた。単結晶ガリウムを酸性電解液中にてアノード酸化することで，ポーラス酸化ガリウムを形成した。得られたサンプルの幾何学形状は走査型電子顕微鏡（NU-004）を用いて観察した。
結果と考察 / Results and Discussion
a軸が高配向した単結晶ガリウムを作製しアノード酸化を施した。得られたポーラス酸化ガリウムの幾何学形状を，SEMを用いて観察した。正面観察の結果，ナノ細孔が配列している様子が観察された。断面観察の結果，図１に見られるような，直行ナノ細孔の形成が観察された。ナノ細孔の深さは，アノード酸化時間に比例していた。
a軸が45度傾斜した単結晶ガリウムを作製しアノード酸化したところ，図2に示すような傾斜したナノ細孔配列の形成が観察された。ナノ細孔の傾斜方向はa軸の傾斜方向と一致しており，ナノ細孔はa軸方向に沿って成長する傾向にあると考えられる。これまでこのようなナノ細孔の成長挙動は，アルミニウムやチタンなど他の金属をアノード酸化した場合には観察されておらず，ガリウムの場合に特有の現象だと考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 直行細孔配列を有するポーラス酸化ガリウムの断面SEM像
図2 直行細孔配列を有するポーラス酸化ガリウムの断面SEM像
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)
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Toshiaki Kondo, Formation of porous Ga oxide with high-aspect-ratio nanoholes by anodizing single Ga crystal, Scientific Reports, 13, (2023).
DOI: 10.1038/s41598-023-39624-2
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 近藤敏彰，“ポーラス酸化ガリウムの細孔成長挙動” 表面技術協会第149回（東京），令和6年3月5日
- 近藤敏彰，“アノード酸化ポーラス酸化ガリウムの作製と半導体特性評価” 電気化学会第91回（愛知），令和6年3月14日
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