【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.16】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24HK0140
利用課題名 / Title
多元系酸化物センサ材料の探索
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido 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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis
【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
センサ技術,センサ/ Sensor,電子顕微鏡/ Electronic microscope
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)
猪股 雄介
所属名 / Affiliation
熊本大学 大学院先端科学研究部
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
木田徹也
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
坂口紀史
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
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)
半導体ガスセンサは低濃度の揮発性有機化合物 (VOC), 可燃性ガスやにおい分子の定量検知に用いられている. VOCの中でもアセトンは糖尿病患者のバイオマーカーと期待され, 非侵襲的評価手法としてガスセンサによる呼気中のアセトンの選択検知が求められている. 一方, n型金属酸化物半導体であるSnO2を用いたガスセンサはその作動に300-400oC程度の高温が必要という課題があり, より低温でガスの高感度検知が求められている。センサ応答発現に関わる吸着酸素は金属酸化物表面の酸素欠陥サイト上に存在すると考えられている. 結晶性金属酸化物材料と比較し, アモルファス酸化物半導体は欠陥サイトを制御可能で酸素欠陥を多く含むことが示唆されている. Snを含む酸化物の中で, In-Sn-Zn三元酸化物 (InSnZnOx: ITZO) は不定比をもつアモルファス酸化物として知られている. ITZOを半導体ガスセンサ材料として用いることで吸着酸素量の増大による増感作用が期待される. そこで本研究ではITZOナノ粒子を調製し, そのセンサ特性を検討した. またPtのITZOへの添加によりさらなる高感度化を目指した.
実験 / Experimental
液相合成法より多元系アモルファス酸化物を調製した。収差補正STEMにより構造解析をおこなった。
結果と考察 / Results and Discussion
XRD測定からITZOおよびPt-ITZOナノ粒子の結晶性を確認したところ, ともにアモルファス由来のブロードなピークが確認された. またPt-ITZOではPtナノ粒子由来のＸRDピーク (e.g. Pt (111) ) は確認されなかった. 収差補正HAADF-STEM測定から, ITZOナノ粒子がアモルファス状態であることを直接確認した. 元素マッピング測定をおこなったところ, HAADF-STEM像にそれぞれの元素位置が対応しており, 均一にIn, Sn, Znが分布していることが確認された. Pt-ITZO, ITZOナノ粒子と単純酸化物 (SnO2, In2O3, ZnO) ナノ結晶のアセトンガス (10 ppm) に対する応答を測定したところ, Pt-ITZO, ITZOナノ粒子では単純酸化物より大きいセンサ応答を示し, ITZOへのPt添加によって増感作用が確認された. Pt-ITZOの様々なガス (H2, toluene, acetone, CO and EtOH) に対する応答を測定したところ, 250oCにてアセトンに対する選択的な応答が確認された.
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
(a) HAADF-STEM image and (b) its enlarged view of ITZO nanoparticles. (c) Elemental mapping image of ITZO nanoparticles for In-Ma, Sn-L, Zn-Ka and (g) O-K level emissions and the overlayed image.
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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Yusuke Inomata, Indium–Tin–Zinc Ternary Amorphous Oxide Nanoparticles for Acetone Detection and Elucidation of Sensing Mechanism by Operando Spectroscopy, ACS Applied Nano Materials, 7, 20003-20011(2024).
DOI: 10.1021/acsanm.4c02333
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