シリコン粒子表面に形成した鉄シリサイド半導体の 光触媒効果による

平成26年度　研究成果発表会
平成 26 年度
研究成果発表会
シリコン粒子表面に形成した鉄シリサイド半導体の
光触媒効果による水素生成
○ 秋 山 賢 輔 *1)、 高 橋 亮 *1)、 松 本 佳 久 *1)
1． 目 的 ・ 背 景
シ リ サ イ ド 半 導 体 の 一 つ で あ る 鉄 シ リ サ イ ド （ -FeSi 2 ） は 、 熱 電 素 子 材 料 と し て 長 い 研
究 の 歴 史 が あ る 半 導 体 で あ る が 、1.55m 帯 域 で 発 光（ フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン ス 、エ レ ク ト ロ
ル ミ ネ ッ セ ン ス ）す る こ と や 光 吸 収 係 数 が 10 5 cm - 1 以 上（ Eg：1.0eV に お い て ）と 大 き い こ
とから、光電変換材料としての応用が期待されている。このため、良質な薄膜成長技術が
飛躍的に進展した材料であり、光半導体としての基礎物性への理解と発光ダイオード
（ LED） や 受 光 素 子 、 太 陽 電 池 へ の 応 用 な ど 広 範 囲 な 研 究 が 進 め ら れ て い る 。
-FeSi 2 の エ ネ ル ギ ー バ ン ド 構 造 に お け る 伝 導 帯 の 化 学 ポ テ ン シ ャ ル が 対 水 素 標 準 電 極
電 位 に お い て 、 約 － 0.7eV と 水 か ら の 水 素 発 生 電 位 よ り も 負 電 位 側 に 位 置 す る こ と に 着 目
し 、 光 触 媒 作 用 で の 水 素 発 生 の 可 能 性 を 検 討 し た 。 本 稿 で は 、 シ リ コ ン （ Si） 粉 末 表 面 へ
の -FeSi 2 微 細 結 晶 粒 合 成 及 び こ の 粉 末 試 料 か ら の 光 照 射 に よ る 水 素 生 成 を 報 告 す る 。
図 1.
Si 311
Si 220
30
Au 220
Au 111
-FeSi2 422
Si 111
-FeSi2 202/220
Intensity / arb. unit
20
40
50
2theta / degree
60
MOCVD 合 成 後 の Si 粉 末 の 
ス キ ャ ン ・ プ ロ フ ァ イ ル 〔 2〕
（ a） before
Oxygen
（b）after UV ir
-radiation for 3h
0
2
4
6
8
Nitrogen
Hydrogen
（２）結果及び考察
図 1 に 作 製 試 料 の X 線 回 折 に よ る -2ス キ ャ
ン ・ プ ロ フ ァ イ ル を 示 す 。Si の 回 折 ピ ー ク と と も
に 、堆 積 し た Au、-FeSi 2 相 の 202/220 面 及 び 422
面 に 起 因 し た 回 折 ピ ー ク が 観 察 さ れ 、 MOCVD 法
に よ り Si 粒 子 表 面 へ の -FeSi 2 合 成 が 確 認 さ れ た 。
こ の 粉 末 試 料 60mg を 1M の ホ ル ム ア ル デ ヒ ド を
含 む 10ml の ギ 酸 水 溶 液 （ pH3） と と も に パ イ レ ッ
クス・ガラスの反応セルへ封入し、室温にて撹拌
さ せ な が ら Ar ガ ス 雰 囲 気 で 20 mW/cm 2 の 紫 外 光 照
射を行った。図 2 に反応セルを内包した閉鎖循環
系より、サンプリングしたガスをガスクロマトグ
ラフィー分析した結果を示す。水素に起因したピ
ー ク は 、 図 2（ a） に 示 す よ う に 光 照 射 前 に は 検 出
さ れ な い も の の 、3 時 間 照 射 後 に お い て は 明 瞭 に 観
察 さ れ 、UV 光 照 射 に よ る 水 素 の 生 成 が 確 認 さ れ た 。
o
Tg: 750 C
Intensity / arb. unit
2． 研 究 内 容
（１）実験方法
平 均 の 粒 子 径 が 45μm の Si 粉 末 に 金（ Au）を 室
温 で 堆 積 さ せ た 後 、 モ ノ シ ラ ン （ SiH 4 ） 及 び 鉄 カ
ル ボ ニ ル（ Fe(CO) 5 ）を 出 発 原 料 に 用 い た 有 機 金 属
気 層 成 長 （ MOCVD） 法 に て -FeSi 2 結 晶 の 合 成 を
行 っ た 。 MOCVD 法 で の 作 製 条 件 は 、 こ れ ま で の
報 告 〔 1〕 と ほ ぼ 同 様 で あ る が 、 基 板 温 度 及 び 堆 積
厚 さ を そ れ ぞ れ 750℃ 、 100nm で 行 っ た 。
10
Time / min
（（ a） 照 射 前 、（ b） UV 照 射 後 ）
図 2.
サンプル封入セル内のガス・
ク ロ マ ト グ ラ フ 分 析 結 果 〔 2〕
参考文献
〔 1〕 K. Akiyama, S. Ohya, H. Funakubo, Thin Solid Films, Vol.461, p.40（ 2004）
〔 2〕 秋山, 高橋, 吉水, 舟窪, 入江, 松本, 第 61 回応用物理学会春季学術講演会, 19p-D3-13（2014）
*1)神 奈 川 県 産 業 技 術 セ ン タ ー
｜　19　｜