九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課 題 番 号 ： 1711118T

Ｂ Ｌ 番 号 ： 12

（様式第 5 号）

水酸化ニッケルナノシート単層薄膜の X 線光電子分光測定
X-ray Photoelectron Spectroscopy of Nickel Hydroxide Nanosheets
船津麻美・福海紅紀

Asami Funatsu・ Aki Fukumi
熊本大学

Kumamoto University
※１
※２

※３※４

先 端 創 生 利 用（ 長 期 タ イ プ ）課 題 は 、 実 施 課 題 名 の 末 尾 に 期 を 表 す（ Ⅰ ）、（ Ⅱ ）、（ Ⅲ ）を 追 記
してください。
利 用 情 報 の 公 開 が 必 要 な 課 題 は 、本 利 用 報 告 書 と は 別 に 利 用 年 度 終 了 後 2 年 以 内 に 研 究 成 果 公開｛ 論 文（ 査 読 付 ）の 発 表 又 は 研 究 セ ン タ ー の 研 究 成 果 公 報 で 公 表 ｝が 必 要 で す (ト ラ イ ア ル利 用 を 除 く )。
実験に参加された機関を全てご記載ください。
共 著 者 に は 実 験 参 加 者 を ご 記 載 く だ さ い （ 各 実 験 参 加 機 関 よ り 1 人 以 上 ）。

１．概要（注：結論を含めて下さい）
水 酸 化 ニ ッ ケ ル ナ ノ シ ー ト の 還 元 に よ り 金 属 化 を 検 討 し て い る が 、こ の 金 属 化 処 理 前 後の 評 価 が 現 時 点 で は 十 分 で き て い な い 。そ の た め 、合 成 環 境 と 評 価 系 を 同 一 ラ イ ン に 乗せ 、得 ら れ た ナ ノ シ ー ト の XPS 分 析 を 進 め る こ と に よ り 、最 終 生 成 物 の 状 況 を 確 認 し たい と 考 え て い る 。本 課 題 で は 、ま ず 単 層 の 水 酸 化 ニ ッ ケ ル ナ ノ シ ー ト の シ グ ナ ル の 確 認と 前 処 理 装 置 の 加 熱 条 件 検 討 を 実 施 し た 。そ の 結 果 、単 層 水 酸 化 ニ ッ ケ ル の 測 定 条 件 の検 討 及 び 前 処 理 装 置 の 加 熱 条 件 を 抽 出 し た 。こ の 結 果 を 活 か し 、次 回 は 目 的 の 検 討 を 進めて行く予定である。
（ English ）We have researched metallization by reduction of nickel hydroxide nanosheets.
However, the evaluation before a nd after this metallizing treatment is not sufficient at thepresent time. Therefore, we hope to confirm the situation of the final product by placing thesynthesis environment and the evaluation system on the same line and advancing XPS analysisof the obtained nanosheet. In this study, we confirmed the XPS signal of monolayer nickelhydroxide nanosheet and examined the heating condition of the pretreatment equipment. As aresult, the measurement conditions of monolayer nanosheet and the heating condition of thepretreatment equipment were extracted. Taking advantage of this result, we plan to advance thestudy of the purpose next time.

２．背景と目的
グラフェンの研究の盛り上がりにより多くの二次元材料の研究が世界中で進められているが、単層程度に剥離されたこれらのナノシートの報告例はほとんどない。そこで、本実験課題では、金属ナノシートを安定して得るために、剥離しやすい前駆体であるニッケル水酸化物ナノシートに注目した。このナノシートは、収率高く得られ活用しやすいが還元後に酸化されやすいという課題を持つ。その課題を解決するために本実験では、還元処理前後の状態を様々な環境を制御することにより XPS 分析により評価をすることを目標にしている。この還元後のナノシートをその場観察による手法を取り入れた評価を進めることで、これを証明し、金属ナノシートの合成方法を確立したいと考えている。これまで水酸化物ナノシートの還元処理を行うことで金属化を検討しているが、この金属化処理前後の評価が現時点では十分とはできていない。そこで、この合成環境と評価系を同一ラインに乗せることにより、得られたナノシートの XPS 分析を進めることを最終的な目的とする。本実験課題においては、具体的に実験を進めていくために、まず単層の水酸化ニッケルナノシートのシグナルの確認と前処理装置の加熱条件の検討を実施した。

３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
本実験課題では、基板へ積層させた単層の水酸化ニッケルナノシートのXPSによるシグナル確認と前処理装置の加熱検討を実施した。
① シグナル確認
図１のようにSiウェハ等数種類の基板へ積層させた単層ニッケルナノシートを用い、XPSによるシグナル確認を実施した。使用
した評価サンプルは、基板に厚さが約１nm程度のナノシートが敷き詰められた状態のものを用いた。今回は基準となる元素の確定及びそれに対する主元素であるニッケルの比率及びS/Nの確認、測定数や時間の把握を目的とした。
➁ 前処理装置の加熱条件検討
図２の前処理装置を用い、室温から500℃までの加熱時間とそのときの真空度の確認を実施した
４．実験結果と考察①シグナル確認
使用した評価サンプルは、図１にも示したように基板に厚さが約１nm程度のナノシートが敷き詰められた状態のものであり、Siウェハ全面を覆った状態で作製しているが、ナノシート単層程度のボリュームしかないため、このサンプルのシグナルを検出するためには時間及び条件の検討が大切である。そのため、本課題ではこのサンプルで測定できる条件を確認することを目的とした。その結果、図3に示すように目的とするニッケルのシグナル確認及びSiウェハ基板によるSi の検出が可能であることが確認できた。その他、C1sには、オージェが検出され今回の条件では正確な値を確認することができないと判断し、基準として使用しないことにした。そのため、実験の比較には、Si2pとNi2pを用い比較検討していきたいと考えている。今回の検討では、シグナルは検出でたが、S/Nもまだ十分といえないため次回は更にサンプルの作製と時間等の条件を調整しより確認しやすい環境で実験を進めて行きたいと考えている。
➁前処理装置の加熱条件検討
図２の前処理装置に Si ウェハへナノシートを積層させたサンプルを入れ、その時の加熱温度と時間、真空度の確認を実施した。その結果を表１へ示す。これより温度を上げるとサンプルからのアウトガスにより真空度が低下することが確認できたが装置が止まるなどその他の課題は出てこなかったため、次回の加熱検討にこの結果を活かして行きたいと考えている。
５．今後の課題
今回の評価により単層ナノシートのシグナルを確認することができたが、非常に弱いため、更に時間や回数などの調整を検討する必要がある。また、前処理条件の加熱検討については、500℃程度であれば、サンプルからのアウトガスは出てくるが装置を止めることなく実施可能であることが確認できたため、この条件を次回からの加熱処理に活かして行きたいと考えている。次回の加熱処理においては、加熱の昇温時間等やガスの有無による変化も確認する必要がある。また、測定時間も加熱処理及びこの冷却時間も非常に長い時間が必要である。サンプルの測定の仕方、加熱処理のタイミングや測定順番などにおいても熟慮する必要がある。

６．参考文献なし
７．論文発表・特許（注：本課題に関連するこれまでの代表的な成果）なし
８．キーワード（注：試料及び実験方法を特定する用語を２～３）
ナノシート
９．研究成果公開について（注：※２に記載した研究成果の公開について①と②のうち該当しない方を消してください。また、論文（査読付）発表と研究センターへの報告、または研究成果公報への原稿提出時期を記入してください（2017 年度実施課題は 2019 年度末が期限となります）。
長期タイプ課題は、ご利用の最終期の利用報告書にご記入ください。

① 論文（査読付）発表の報告② 研究成果公報の原稿提出（報告時期：（提出時期：年年月）月）