【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1107
利用課題名 / Title
IrO2ナノシートセンサの作製
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
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）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
ナノシート、 センサ、 酸化イリジウム、メタン,センサ/ Sensor,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,スパッタリング/ Sputtering
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)
欧陽 剣
所属名 / Affiliation
東京大学工学系研究科マテリアル工学専攻
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
UT-704：高密度汎用スパッタリング装置
UT-711：LL式高密度汎用スパッタリング装置 (2018)
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
IrO2(110)面上で，CH4分子のC-H結合が開裂し，酸化されることが報告された[1]．CH4酸化反応が進むと同時にIrO2薄膜の抵抗率が変化し，センサに応用できる可能性を示唆する[2]．
IrO2表面は酸素を吸着できる．表面吸着酸素の量はCH4酸化反応に影響する，その影響が不明である．また，酸化反応と同時にIrO2薄膜の抵抗率が変化するメカニズムも明かではない．
本研究では，共用のスパッタ装置を用いた反応性スパッタリングでIrO2薄膜を作製し，アニールで処理する．アニールの環境を制御することでIrO2表面被覆酸素の量をコントロールできる．異なるIrO2薄膜をCH4に暴露させ，抵抗値を監視することで，表面吸着酸素の量のCH4酸化反応への影響を調査する．これによってIrO2薄膜をセンサに応用する可能性を検証し，成膜プロセスを改善する．さらに，作製したIrO2薄膜を利用し，APXPS，TPDなどの測定で，CH4酸化反応と同時にIrO2薄膜の抵抗率が変化するメカニズムを調査する．
実験 / Experimental
デバイス作製には，1 µmの熱酸化膜を形成したシリコン基板を採用した．基板洗浄後，酸素とアルゴンの流量比4:6，イニシャル圧力は10-3 Pa以下，プロセス時の圧力が0.65 Pa，金属Irをターゲットとして反応性スパッタリングによりIrO2膜を製膜した．その後，IrO2膜を異なる環境で2時間アニールした．
結果と考察 / Results and Discussion
作製したIrO2薄膜はXRD測定で評価し，アニールによってIrO2(110)面のピークがより明瞭になることを確認した(図1)．異なる環境でアニールしたIrO2薄膜をXPSで評価し，結果をフィティングすることで，アニール環境を制御することでIrO2(110)面の吸着酸素の量をコントロールできることを確認した．
4端子測定で，IrO2薄膜の抵抗値の時間依存性を測定し，IrO2薄膜をCH4センサに応用する可能性を検証した．具体的な測定系を図2に示す。最初に，IrO2薄膜をベースガスに曝し初期化させる．次に，一定濃度のCH4を含む混合ガスに曝す．最後に再びベースガスに曝し回復させる．以上の3つのプロセスを1つのサイクルとし，複数のサイクルを実行することで，IrO2薄膜は異なる濃度のCH4に応答できることを確認した．また，(110)面の吸着酸素の量が多い場合に，反応強度が相対的に高いこと，量が少ない場合に，反応速度が速いことがわかった．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 粉末とアニール前後のIrO2薄膜のXRD測定結果
図2 四端子測定方法
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
【参考文献】
[1] C.Wang, et al., J. Phys. Chem. C 116, 10 (2012)
[2] Y.Ishihara, et al., Adv. Mater. Interfaces. 10,18(2023)
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)
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