重イオン注入による埋め込み型ナノクリスタルの合成と高効率ルミネセンス機能の安定

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12480138
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 今西 信嗣 京都大学, 工学研究科, 教授 (10027138)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 誠 京都大学, 工学研究科, 助手 (60263117) ; 伊藤 秋男 京都大学, 工学研究科, 教授 (90243055)
• Keywords: ナノクリスタル / ルミネセンス / 重イオン注入 / 水素挙動 / 量子ドット / アニーリング / SiO_2 / Si

Research Abstract

本研究課題では、高速重イオンを誘電体に注入し、過固溶状態を形成した後、アニーリング処理により誘電体内に1-10nmの微小単結晶を合成する。このナノクリスタルはいわゆる量子ドットとしての機能を有することから、フォトルミネセンスあるいはエレクトロルミネセンスとしての安定した性能を実現する。あわせて、重イオン注入ナノクリスタル合成の基本的な機構の解明、ならびにルミネセンス発現にかかわる結晶界面の量子状態の特定を行い、光デバイスとしての応用技術の展開や固体内放射線誘起基礎過程の解明に資する。
1.SiO_2にGeを注入した場合について、形成されるGeナノクリスタルの粒径分布および密度がGe注入量、アニーリング温度、アニーリング時間に対してどのように変わるかについて、シミューレーション計算を行った。その結果、粒径2-4nmのクリスタルが生成されることが判明した。
2.シミューレーション計算で得られた条件で、Geの注入とアニーリングを行い、透過型高性能電子顕微鏡で粒径分布を測定した。Geナノクリスタルの粒径は予想に反して、20nmと大きいことが判明した。イオン注入時のGeの過固溶などシミューレーションに含んでいない条件が効いているものと、思われる。
3.発光プロセスとして、ナノクリスタル界面での水素の存在が重要であるとの、指摘もあることから、SiO_2およびSiをイオン注入したSi0_2中での水素の挙動について、in-situ観測により調べた。Siの存在により、水素の挙動が大きく変わることが判明した。ただし、Siクラスターないしはクリスタルの界面に水素が残留しているかどうかについては、確たるデータは得られていない。これについては、目下、FTIRによる赤外吸収スペクトル観測を行っている。
得られる結果はまとめたうえで随時公表していく。

Research Products

• [Publications] 今西 信嗣: "Effects of Implanted Silicon on Hydrogen Behavior in Aluminum and Nickel"Nuclear Instruments and Methods B. 161-163. 401-405 (2000)
• [Publications] 池田光晴: "Behavior of Hydrogen Implanted into Si-Implanted SiO_2"Nuclear Instruments and Methods B. (in press).
• [Publications] 光末竜太: "Effects of Implanted Silicon on Hydrogen Diffusion in Aluminum and Nickel"Annual Report of Quantum Science and Engineering Center, Kyoto University. 2. 1-4 (2000)
• [Publications] 中川勝晴: "Effect of Implanted Silicon on Hydrogen Diffusion in SiO_2"Annual Report of Quantum Science and Engineering Center, Kyoto University. 3. 4-6 (2001)
• [Publications] 光末竜太: "Simulation on the Growth of Ge Nanocrystal in SiO_2 Layer"Annual Report of Quantum Science and Engineering Center, Kyoto University. 3. 7-10 (2001)