2016 Fiscal Year Research-status Report
イオンビームとレーザービームプロセスによる光機能性シリコンナノ結晶の形成
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16K05013
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| Research Institution | Aichi University of Education |
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Principal Investigator |
岩山 勉 愛知教育大学, 教育学部, 教授 (70223435)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | シリコンナノ結晶 / イオン注入 / レーザーアブレーション / 可視発光 / 機能性デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコンは電子デバイスとしては広く利用されており、極めて有用な材料であるが、発光デバイスとしては殆ど利用されていない。本研究はこの様なシリコンをナノ結晶化することで、モノリシック化された機能性デバイスとして応用することを、イオン・レーザービーム融合したプロセスにより達成しようとするものである。具体的には、イオン注入により過飽和固溶体を形成し、急速加熱、エキシマUV・レーザー光照射などを組み合わせた手法で、プロセスの低温化と発光強度増強の可能性を探ることを主な目的としている。
二酸化シリコンにシリコンをイオン注入し、高温熱処理することで、シリコンナノ結晶が形成され、それとともに可視発光（おもに赤色）が観測される。発光効率(強度)の向上、発光波長の可変性、プロセスの低温化は実用的なデバイスを開発する上で重要な問題となる。私たちの提案している発光モデルでは、発光波長、強度はシリコン結晶のサイズそのものだけに依存しているわけではなく、その局所構造、並びにナノ結晶間の距離（相互作用）などが影響を及ぼしていると考えている。すなわち、発光強度はナノシリコン結晶の数に比例し、その数密度の変化に伴い発光波長も増強できることが期待される。
今年度の研究では、これまでイオン注入により作製していた試料をレーザーアブレーション(PLD)法により作製し、その類似性、ならびに相違点を調査した。特に、アブレーションの諸条件（ガス圧、レーザー強度、基板温度等）の発光への影響を詳細に調べた。この手法はイオン注入法に比べ、簡便に条件を制御することができることから、イオン注入の条件決定のために極めて有効である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要欄に記載した通り、イオン注入のみではなく、酸素雰囲気中でレーザーアブレーション(PLD)法により作製された試料からも類似の発光が確認できることが明らかになった。また、発光強度に及ぼす諸条件を変化させ、発光強度を最適化するための条件をほぼ特定することができた。これらをもとに、イオン注入の条件の詳細を決定のための基礎データも得ることもできた。さらに、作製後の試料にエキシマ光等を試験的に照射し、発光強度を増強できることも確認できた。今年度のこれらの研究で、発光強度、発光波長等を決定するためのキーファクターが決定されつつあり、次年度以降実施する予定の研究のための準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度得られた研究結果を総合的に整理し、ナノシリコン結晶の実用的なデバイスを開発する上で重要な課題となる発光効率(強度)向上の方法、プロセスの低温化、発光波長の可変性などを詳細に検討する。特に、シリコン注入と光プロセスを組み合わせ、欠陥制御、析出、拡散、核生成・成長、結晶化プロセスを自在に制御することを次年度以降で試みる。
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| Causes of Carryover |
光検出等、発光測定装置の不具合が多く、マルチチャンネル分光器等を用いた新規の計測システムの構築を目指していたが、従前の測定結果との比較検討をする必要があり、今年度はシステムの更新を行うことを断念した。エキシマランプヘッドについても、従前の強度で照射し、試料作製方法による差異を検討するため、ランプヘッドの購入（交換）は次年度とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前述の通り、過去の研究との継続性を重視したため、マルチチャンネル分光器、エキシマランプヘッド等の購入を先延ばししたが、種々のデータを蓄積することができたため、次年度にシステムの抜本的なバージョンアップを行う。さらに、試料作製のためのＹＡＧレーザーについても、ランプ交換を含めたオーバーホールの必要があるためそれに対応する予定である。
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Research Products
(2 results)
