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2017 Fiscal Year Research-status Report

炭素ホットイオン注入法を用いた二次元シリコンカーバイド及びグラフェンの基盤研究

Research Project

Project/Area Number 17K06359
Research InstitutionKanagawa University

Principal Investigator

水野 智久  神奈川大学, 理学部, 教授 (60386810)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 鮫島 俊之  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30271597)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords半導体物性 / 電子・電気材料 / ナノ材料 / 光物性 / SiC量子ドット / PL発光 / 不確定性原理
Outline of Annual Research Achievements

平成29年度の研究業績は,本研究計画全般の基盤となる各種Si基板(バルクSi,SOI(silicon-on-insulator)基板)への炭素ホットイオン注入法を用いてのSiCナノドット構造形成法の確立と,そのSiC構造の解明及び光ルミネセンス(PL)発光を実証できたことである.具体的な研究業績は以下の通りである.
1)バルクSi基板上でのSiCドット形成とPL発光の実証:従来,Cイオン注入されたSOI基板上でのSiCドット形成とPL発光は実証できていた.本年度においては,Cイオン注入法を用いたハルクSi基板においても,SiCドット形成を透過型電子顕微鏡観測(TEM)により確認できた.更にSiCドット構造には二種類の構造,即ち,立方晶と六方晶が混在していることを解明できた.しかも,そのPL発光強度は,SOI基板上のSiCドットからのPL強度と遜色ないことが実証できた.しかしX線光電分光法(XPS)分析による注入されたC濃度の深さ方向分布は,SOI基板上のものとはかなり違い,その結果,PLスペクトルはSi半導体構造に依存していることも確認できた.
2)SOI基板上のSiCドット構造の詳細分析,及びPL発光強度向上のためのホットイオン注入条件の最適化:PL発光強度のホットCイオン温度Tとその後のN2アニール(Si基板の結晶性回復のため)時間依存性を明らかにし,PL発光強度増大のための最適なTを明らかにした.また,アトムプローブ法により,Si中にイオン注入されたC原子が数nmサイズでクラスター化し,その局所的なC高濃度化がSiCドット形成に起因していることも明らかにした.
以上の研究成果として,2017年度国際固体素子材料学会において2件,応用物理学会において5件の学会発表を行った.更に,査読付き論文であるJpn. J. Appl. Phys.に1件,論文掲載された.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の目的である各種Si基板でのSiC形成については,バルクSi基板,及びSOI基板へのホットCイオン注入法によって達成されている.なお,多結晶Si基板上のSiCドット形成は一応の目安はでき,現在,継続中である.
従って,研究は概ね順調に進展していると思われる.

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進方策は以下の三項目である.
1)多結晶Si基板上のSiCドット形成の推進に加えて,新たにアモルファスSi基板上のSiCドット形成も目指し,各種Si構造上のSiCドット形成機構の解明とPL発光の相違を明確にする.
2)バルクSi基板上のSiCドット形成のSi面方位依存性によるその形成機構の解明と,n/pドーパント効果によるSiCドットのバンドギャップ変調効果を解明する.
3)SiCドット層への入出力電極構造の形成法を確立し,電子注入型発光素子開発を行う.

Causes of Carryover

平成29年度で生じた1万円以下の端数の予算は,今年度の予算に繰り込み予定通りの執行を行う予定である.

  • Research Products

    (10 results)

All 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Nano-SiC region formation in (100) Si-on-insulator substrate: Optimization of hot-C+-ion implantation process to improve photoluminescence intensity2018

    • Author(s)
      Mizuno Tomohisa、Omata Yuhsuke、Kanazawa Rikito、Iguchi Yusuke、Nakada Shinji、Aoki Takashi、Sasaki Tomokazu
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Pages: 04FB03~04FB03

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.57.04FB03

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] SiC Nano-Dots in Bulk-Si Substrate Fabricated by Hot-C+-Ion Implantation Technique2017

    • Author(s)
      T. Mizuno, S. Nakada, M. Yamamoto, S. Irie, Y. Omata, T. Aoki, and T. Sameshima
    • Journal Title

      Extended Abst. of SSDM

      Volume: - Pages: 597-598

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hot-C+-Ion Implantation Optimization for Forming Nano-SiC Region at Surface (100 )SOI Substrate2017

    • Author(s)
      T. Mizuno, Y. Omata, S. Nakada, T. Aoki, and T. Sasaki
    • Journal Title

      Extended Abst. of SSDM

      Volume: - Pages: 537-538

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] バルクSi基板へのホットC+イオン注入法によるSiCナノドットの形成(Ⅱ) :イオン注入温度依存性2018

    • Author(s)
      中田真史,山本将輝,入江翔,小又祐介,青木孝,鮫島俊之,水野智久
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] バルクSi基板へのホットC+注入法によるSiCナノドット形成 (III):Cドーズ量依存性2018

    • Author(s)
      入江翔, 山本将輝, 中田真史,小又祐介,青木孝,鮫島俊之,水野智久
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 多結晶SiへのホットC+イオン注入法によるSiCナノドットの形成2018

    • Author(s)
      金澤力斗,小又祐介,井口裕輔,青木孝,鮫島俊之,水野智久
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] SiC Nano-Dots in Bulk-Si Substrate Fabricated by Hot-C+-Ion Implantation Technique2017

    • Author(s)
      T. Mizuno, S. Nakada, M. Yamamoto, S. Irie, Y. Omata, T. Aoki, and T. Sameshima
    • Organizer
      International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hot-C+-Ion Implantation Optimization for Forming Nano-SiC Region at Surface (100 )SOI Substrate2017

    • Author(s)
      T. Mizuno, Y. Omata, S. Nakada, T. Aoki, and T. Sasaki
    • Organizer
      International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] (100)SOI基板表層でのナノ構造 SiC形成用ホットC+イオン注入法の最適化2017

    • Author(s)
      小又 祐介,青木 孝,佐々木 智一,水野 智久
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] バルク Si 基板へのホット C+イオン注入法による SiC ナノドットの形成2017

    • Author(s)
      中田 真史,山本 将暉,入江 翔,小又 祐介,青木 孝,鮫島 俊之,水野 智久
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会

URL: 

Published: 2018-12-17  

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