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要旨集●Vol.41 No.2（2006年6月発行）
研究報告
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p.43
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山田靖、高久佳和、八木雄二、
西部祐司、大沼郁雄、石田清仁
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We have studied a novel high-temperature solder
for mounting the power semiconductor devices used
in the inverters of hybrid and fuel-cell vehicles.
The melting point of well-known lead-free solders
such as Sn-based alloys is around 220 °C, which is
too low to allow their use with high-temperature compound
power semiconductor devices such as those based on
GaN and SiC. To overcome the brittleness of Bi, we
have developed a new Bi-based solder that consists
of Bi with CuAlMn particles, the melting point of
which is 270 °C. The CuAlMn particles are prepared
by a gas-atomizing method, and are then mixed with
molten Bi. Mechanical property measurements revealed
that the tensile strength of the fabricated solder
was almost two times greater than that of pure Bi.
Consequently, joint samples were fabricated using
metal plates and their reliabilities were determined
by subjecting them to a thermal cycling test. After
almost 2000 cycles of -40/200 °C test, neither intermetallic
compounds nor cracks were observed at the Cu interface
of a sample in which the CTE (Coefficient of Thermal
Expansion) was matched. On the other hand, brittle
Bi3Ni was observed in the Ni interface sample. In
addition, although those joint samples using Sn-Cu
solder peeled off during the -40/250 °C test, no degradation
was observed for those samples using the developed
solders. In conclusion, the developed solder seems
to offer the qualities needed for use with high-temperature
power semiconductor devices.
本論文は，ハイブリッド車や燃料電池車のインバータに用いられるパワー半導体を接合するための高融点はんだに関するものである。鉛フリーはんだとして広く知られているSn系合金は，その融点が220°Cと，GaNやSiCなどの化合物系パワー半導体の高温動作には十分でない。そこで，融点が270°CのBi材料に着目し，その脆性を改良するために，ガスアトマイズ法により作製したCuAlMnの粒子を添加した新しい合金材料を開発した。バルクから試験片を切り出し，引張試験を行った結果，Bi単体に対して2倍前後の引張強度を示すことがわかった。次に，金属板を接合した試験片を作製し，信頼性試験を行った。その結果，同じ熱膨張の金属板による接合体で，その接合面がCuのものは，-40/200°Cで約2,000サイクルの試験を行っても，顕著な化合物の生成，剥離，クラックなどの劣化は見られなかった。一方接合面がNiのものは，冷熱サイクル試験中に界面に脆いBi3Niを生成し劣化した。さらにCu接合面の試料について，-40/250°Cの試験を行った結果，Sn-Cuはんだを用いたものは剥離したが，本はんだを用いたものに劣化はなかった。以上のことから，本はんだは，高温動作パワー半導体の接合材料として可能性のあるものと思われる。
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p.49
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In order to investigate the feasibility of
using Plasma Assisted Catalysis (PAC) for exhaust
aftertreatment of the diesel engine and lean-burn
gasoline engine, the application of PAC to NOx reduction
by HC (HC-SCR) was studied using a simulated oxidizing
exhaust gas. First, the effects of non-thermal plasma
were studied, and the effect of the distance between
the plasma reactor and the catalyst reactor and the
dominating gas composition of NOx reduction were measured.
Then, an appropriate catalyst for PAC was developed;
the catalyst properties dominating NOx reduction and
improvement of the NOx reduction performance by an
additional element were investigated. Finally, on
the basis of these results, a 3-stage catalyst, the
combination of catalysts with different temperature
windows for NOx reduction, was developed. The following
results were obtained:
(1) NO2 and CH3CHO generated
by the plasma resulted in significant reduction of
NOx on γ -alumina.
(2) γ -alumina with a large amount of solid acid showed
high NOx conversion. In addition, indium loading on
γ -alumina improved the NOx reduction activity and
suppressed the degradation of the activity under steady-state
temperature conditions.
(3) A high NOx conversion as well as high HC and CO
conversions were achieved by the 3-stage catalyst
with PAC under transient temperature conditions, which
simulated the actual engine operating conditions.
ディーゼルエンジンおよびリーンバーンガソリンエンジンの排気後処理における，プラズマアシスト触媒(PAC)システムの可能性を調査するため，炭化水素によるNOx選択還元型触媒を用いたPACに関して，酸化雰囲気摸擬排ガスでの検討を行った。まず，非熱プラズマの効果として，ガス組成，NOx還元触媒への効果およびプラズマ反応器と触媒反応器の距離の効果を調べた。次に，PACに適した触媒として，NOx還元の支配する触媒特性と添加元素による活性向上について検討した。最終的に，これらの結果に基づき，3段触媒としてNOx浄化の温度ウインドウが異なる触媒の組み合わせを検討した。その結果，以下に示す結論が得られた。
(1) プラズマによりNO2とCH3CHOが生成し，γ -アルミナ上でNOx還元活性が大幅に向上した。
(2) 酸量の多いγ -アルミナは高いNOx浄化率を示し，さらにInを添加することによりNOx浄化活性は向上し，定常温度条件での活性低下が抑制された。
(3) 3段触媒を用いたPACにより，実際のエンジン運転条件を摸擬した過渡温度条件下で，NOxのみでなく，HCおよびCOに関しても高い浄化率が得られた。
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p.63
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Phosphorescent organic light-emitting diodes
(OLEDs) have the great advantage of highly-efficient
emission compared with conventional fluorescent OLEDs.
Pt(II) porphyrins are among the most promising saturated
red phosphorescent dyes, yet tuning of their properties
by making structural modifications has only been attempted
on a modest scale, despite the large structural-diversity
of synthetic porphyrins. Here we demonstrate enhancement
of the external quantum efficiency of red phosphorescent
OLEDs by using a novel facially-encumbered and sterically-bulky
meso-aryl-substituted Pt(II) porphyrin. This molecule
has a spherical shape ("doubly decamethylene-strapped"
Pt(II) porphyrin) although conventional Pt(II) porphyrin
is flat in shape. We assume that the red phosphorescent
emission increases in line with the decrease in the
number of non-radiative decay pathways by restricting
the rotational freedom of the meso-aryl substituents
in the Pt(II) porphyrins. There is a trend whereby
the triplet excited-state lifetimes become longer
with increasing external quantum efficiencies (QEs)
in OLEDs that include Pt(II) porphyrins. This finding
suggests that one can obtain higher external QE values
in red phosphorescent OLEDs by restricting the rotational
freedom of the meso-aryl substituents of the Pt(II)
porphyrins, and this concept may serve as a guide
to the molecular design of highly-emissive materials.
りん光有機EL素子は，従来の蛍光有機EL素子と比較し高効率発光となる利点がある。白金ポルフィリンは，赤色りん光発光材料として有望な材料の候補の一つであるが，分子修飾による赤色りん光有機EL素子の発光効率最適化がまだ十分には行われていない。我々は，従来平面形状を有する白金ポルフィリンの分子形状を，球状で立体的に嵩高い分子にした新規白金ポルフィリン("doubly-strapped"
白金ポルフィリン)を設計し，赤色発光材料として用いることで赤色りん光有機EL素子の発光効率を向上させた。白金ポルフィリンのmeso位に結合したフェニル基の回転自由度を抑制することで非発光成分が減り，結果的に発光成分が増加したと推測される。白金ポルフィリンを用いた有機EL素子のりん光寿命(三重項励起寿命)を測定し比較したところ，発光効率が高い材料の励起寿命が長くなる傾向があった。この結果は，白金ポルフィリンのmeso位に結合するフェニル基の回転自由度を抑制した分子設計をすることで，りん光有機EL素子の発光効率が向上することを示唆しており，この概念は高効率発光材料の分子設計の指針になる可能性がある。
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