2003 Fiscal Year Annual Research Report

マイクロプラズマによるナノ結晶シリコン結晶の作製と局所光学・電子物性の探索

Research Project

Project/Area Number	14550289
Research Institution	Saitama university
Principal Investigator	白井肇埼玉大学, 工学部, 助教授 (30206271)
Keywords	ナノ結晶シリコン / プラズマジェット / 大気圧プラズマ / 可視発光
Research Abstract	ナノ結晶シリコン粒子の発光機構および制御を目的として、容量結合型RFプラズマCVD法により、塩素系原料(SiH_2Cl_2,SiCl_4)からナノ結晶シリコンドットのサイズ及び密度制御を行った。RF電力、堆積時間および基板温度によりサイズを2-100nm、密度波は10^9-10^<11>cm^<-2>まで制御可能であることが分かった。これらの発光状態を定常および時間分解フォトルミネッセンス(PL)で評価した。堆積直後大気解法状態からPLの時間変化を評価した結果、ドットの表面酸化の進行にともない発光強度が72時間にわたって高エネルギーシフトをともなって1桁増大した。この表面酸化にともなうPL発光を赤外反射分光およびX線光電子分光(XPS)法で評価した結果、SiO_x(x=1)サブオキサイドが発光の期起源であることを明らかにした。さらに発光強度の短時間での増大を目的に各種酸、塩基溶液処理による変化を考察した。各種酸、延期の中でPH=2の塩酸溶液でリンスしたドットでは、発光強度が堆積直後に比較して短時間(5分)で20倍まで発光強度が増大した。これらの発光の時間分解PLを評価した結果SiO_x(x=1)密度に起因したPL応答特性を観測した。さらにドット形成と表面酸化を繰り返すドット多層積層構造を作製し、PL評価を行った結果非線形にPL強度が増大することを見いだした。以上のPLスペクトルはドットのサイズ分布を反映してブロードな発光を示すことから、これらのドットサイズ分布を制御するために、プラズマ気相中でのナノ粒子のサイズ制御を目的に、大気圧プラズマによる制御を行った。具体的には、市販の注射針をカソード電極として高周波を印加することで、針先にアルゴン/水素大気圧マイクロプラズマジェツトを生成し、周辺から塩素系原料を供給することでナノ結晶シリコン粒子を形成した。室温でのプラズマにも拘わらずナノ結晶シリコン粒子の超高速形成を実現した。

Research Products
(5 results)

All Other

All Publications (5 results)

[Publications] H.Shirai, Y.Fujimura: "Photoluminescence properties of nanocrystalline Si dots fabricated by RF plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiCl_4 and H_2 mixture"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. L1161-L1163 (2002)
[Publications] K.Kurosaki, K.Hashimoto, A.Nakao, H.Shirai: "Photoluminescence and optical characterizations of nanocrystalline silicon dots formed by plasma enhanced chemical vapor deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 6296-6302 (2003)
[Publications] K.Hashimoto, H.Shirai: "Formation of Si:H:Cl films at low temperatures of 90-140℃ by RF plasma-enhanced chemical vapor deposition of a SiH_2Cl_2 and H_2 mixture"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 1173-1178 (2003)
[Publications] H.Shirai, Y.Seri, H.Jia, K.Kurosaki: "Nanocrystalline silicon dots fabricated by pulse rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiCl_4-and-H_2 mixture"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L1191-L1194 (2003)
[Publications] T.Ito, K.Hashimoto, H.Shirai: "Surface chemistry of Si:H:Cl film formation by rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiH_2Cl_2 and SiCl_4"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L1119-L1122 (2003)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

マイクロプラズマによるナノ結晶シリコン結晶の作製と局所光学・電子物性の探索

Principal Investigator

白井 肇 埼玉大学, 工学部, 助教授 (30206271)

Research Products

[Publications] H.Shirai, Y.Fujimura: "Photoluminescence properties of nanocrystalline Si dots fabricated by RF plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiCl_4 and H_2 mixture"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. L1161-L1163 (2002)

[Publications] K.Kurosaki, K.Hashimoto, A.Nakao, H.Shirai: "Photoluminescence and optical characterizations of nanocrystalline silicon dots formed by plasma enhanced chemical vapor deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 6296-6302 (2003)

[Publications] K.Hashimoto, H.Shirai: "Formation of Si:H:Cl films at low temperatures of 90-140℃ by RF plasma-enhanced chemical vapor deposition of a SiH_2Cl_2 and H_2 mixture"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 1173-1178 (2003)

[Publications] H.Shirai, Y.Seri, H.Jia, K.Kurosaki: "Nanocrystalline silicon dots fabricated by pulse rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiCl_4-and-H_2 mixture"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L1191-L1194 (2003)

[Publications] T.Ito, K.Hashimoto, H.Shirai: "Surface chemistry of Si:H:Cl film formation by rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiH_2Cl_2 and SiCl_4"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L1119-L1122 (2003)

白井肇埼玉大学, 工学部, 助教授 (30206271)