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2014 Fiscal Year Annual Research Report

シリコンナノ結晶への不純物ドーピングによる新機能性材料の創成

Research Project

Project/Area Number 23310077
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

藤井 稔  神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00273798)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 今北 健二  神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50598430)
Project Period (FY) 2011-04-01 – 2015-03-31
Keywords半導体ナノ結晶 / ドーピング / コロイド / クラスター / 非線形光学応答
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、シリコン(Si)のナノ結晶に極少数の不純物をドーピングすることにより、不純物制御と量子サイズ効果を組み合わせてSi結晶が本来持たない機能を実現しようとするものである。以下に本年度の成果を記す。
1)ホウ素とリンを同時ドーピングしたSiナノ結晶は有機分子表面修飾無しで高い極性溶媒分散性を示す。この全無機極性溶媒分散性Siナノ結晶は電子デバイスのみならずバイオ分野においても応用が期待できる。本年度はこの材料について重点的に研究を行った。1-a)詳細な物性評価により、ナノ結晶表面に高濃度にホウ素とリンがドーピングされた層が形成されており、その層が負の表面電位を誘起することにより、極性溶媒分散性が発現していることを明らかにした。1-b) 産業応用のためには、ナノ結晶を大量に生成する技術が必要である。hydrogen silsesquioxaneを原料とする同時ドープSiナノ結晶の新しい大量生成方法を開発した。1-c)  可視~近赤外領域におけるSiナノ結晶の光吸収断面積を増大させることを目的に、シリコンゲルマニウム混晶ナノ結晶を開発した。
2)昨年度に引き続きSi系ナノ材料の非線形光学応答について研究を行った。2-a) 圧縮歪を導入したSiナノ結晶の3次非線形光学応答について研究を行い、格子歪の増加により非線形屈性率が増加し2光子吸収係数が減少する傾向を見出した。この結果は、歪制御がSiナノ結晶材料の非線形光学応答の制御に有望であることを示している。2-b)  Siを過剰に導入したSi窒化膜の2次高調波発生(SHG)について研究を行い、SHG強度が過剰Si量に強く依存することを見出した。また、Siクラスターが2次高調波発生の起源であることを示した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (30 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (23 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Size-Controlled Growth of Cubic Boron Phosphide Nanocrystals2015

    • Author(s)
      Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii and Kenji Imakita
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 5 Pages: 8427-8431

    • DOI

      10.1039/c4ra13530j

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Investigation of Second Harmonic Generation from Si Rich SiNx Thin Films Deposited by rf Sputtering over a Wide Range of Si Concentration2014

    • Author(s)
      Akihiro Kitao, Kenji Imakita, Ibuki Kawamura, and Minoru Fujii
    • Journal Title

      Journal of Physics D

      Volume: 47 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1088/0022-3727/47/21/215101

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Colloidal Silicon Germanium Alloy Nanocrystals with High Boron and Phosphorus Concentration Hydrophilic Shell2014

    • Author(s)
      Takashi Kanno, Minoru Fujii, Hiroshi Sugimoto, and Kenji Imakita
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 2 Pages: 5644-5650

    • DOI

      10.1039/C4TC00511B

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Strain Dependence of the Nonlinear Optical Properties of Strained Si Nanoparticles2014

    • Author(s)
      Soumen Dhara, Kenji Imakita, P Giri, and Minoru Fujii
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 39 Pages: 3833-3836

    • DOI

      10.1364/OL.39.003833

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of Boron and Phosphorus Codoped All-Inorganic Colloidal Silicon Nanocrystals from Hydrogen Silsesquioxane2014

    • Author(s)
      Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, and Kenji Imakita
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 6 Pages: 12354-12359

    • DOI

      10.1039/c4nr03857f

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Polarization-Sensitive Second Harmonic Generation Microscopy of α-quartz like GeO2 (α-GeO2) Polycrystal2014

    • Author(s)
      Ibuki Kawamura, Kenji Imakita, Akihiro Kitao, and Minoru Fujii
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 47 Pages: 455305-1-7

    • DOI

      10.1088/0022-3727/47/45/455305

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] シリコンナノ結晶コロイド塗布薄膜の形成と評価(II)2015

    • Author(s)
      佐々木 誠仁、杉本 泰、加納 伸也、今北 健二、藤井 稔,
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [Presentation] シリコンナノ結晶ソリッドにおけるナノ結晶間相互作用(Ⅱ)2015

    • Author(s)
      古田 健太、杉本 泰、今北 健二、藤井 稔
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [Presentation] 金ナノ粒子-シリコンナノ結晶複合体の発光特性(I)2015

    • Author(s)
      井上 飛鳥、杉本 泰、今北 健二、藤井 稔
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [Presentation] シリコンナノ結晶の多様な発光特性と医療・バイオ応用への期待2015

    • Author(s)
      藤井 稔
    • Organizer
      2015年電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      立命館大学 びわこ・くさつキャンパス(滋賀県草津市)
    • Year and Date
      2015-03-10 – 2015-03-13
    • Invited
  • [Presentation] All-inorganic Colloidal Silicon Germanium Alloy Nanocrystals with the Formation of High Boron and Phosphorus Concentration Hydrophilic Shel2014

    • Author(s)
      Takashi Kanno, Minoru Fujii, Hiroshi Sugimoto and Kenji Imakita
    • Organizer
      第24回日本MRS年次大会
    • Place of Presentation
      横浜市開港記念会館
    • Year and Date
      2014-12-10 – 2014-12-12
  • [Presentation] Second harmonic generation in amorphous Si-rich silicon nitride thin films with a wide range of Si concentration2014

    • Author(s)
      Akihiro Kitao, Kenji Imakita, Ibuki Kawamura and Minoru Fujii
    • Organizer
      2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, Massachusetts (USA)
    • Year and Date
      2014-11-30 – 2014-12-05
  • [Presentation] Second harmonic generation from amorphous Gex(SiO2)1-x thin film2014

    • Author(s)
      Ibuki Kawamura, Kenji Imakita, Akihiro Kitao and Minoru Fujii
    • Organizer
      2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, Massachusetts (USA)
    • Year and Date
      2014-11-30 – 2014-12-05
  • [Presentation] Polrization-sensitive second harmonic generation of quartz like GeO2 polycrystals2014

    • Author(s)
      Ibuki Kawamura, Kenji Imakita, Akihiro Kitao and Minoru Fujii
    • Organizer
      2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, Massachusetts (USA)
    • Year and Date
      2014-11-30 – 2014-12-05
  • [Presentation] Synthesis of n- and/or p-type Impurity Doped Silicon Nanocrystals from Hydrogen Silsesquioxane2014

    • Author(s)
      Hiroshi Sugimoto, Kenji Imakita, and Minoru Fujii
    • Organizer
      2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, Massachusetts (USA)
    • Year and Date
      2014-11-30 – 2014-12-05
  • [Presentation] Room Temperature Imprinting of Nano-porous Glass Prepared from Phase-Separated Glass2014

    • Author(s)
      Kenji Imakita, Takeshi Kamada, and Minoru Fujii
    • Organizer
      2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, Massachusetts (USA)
    • Year and Date
      2014-11-30 – 2014-12-05
  • [Presentation] All-Inorganic Colloidal Silicon Nanocrystal2014

    • Author(s)
      Minoru Fujii
    • Organizer
      Workshop on "Advancement of Group IV Nanostructures Nanophotonics and Nanoelectronics
    • Place of Presentation
      Kobe University (Japan)
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-19
  • [Presentation] CMOS-compatible nonlinear optical materials for Si photonics2014

    • Author(s)
      Kenji Imakita
    • Organizer
      Workshop on "Advancement of Group IV Nanostructures Nanophotonics and Nanoelectronics
    • Place of Presentation
      Kobe University (Japan)
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-19
  • [Presentation] Boron and Phosphorus Codoped All-Inorganic Colloidal Silicon Nanocrystals2014

    • Author(s)
      Minoru Fujii
    • Organizer
      Tossa workshop 2014; Silicon Nanocrystals: Science and Applications
    • Place of Presentation
      Tossa de Mar (Spain)
    • Year and Date
      2014-09-28 – 2014-09-30
  • [Presentation] Silicon Nanocrystals as Optoelectronic Materials2014

    • Author(s)
      Minoru Fujii
    • Organizer
      Kista Science Seminars
    • Place of Presentation
      Royal Institute of Technology, Stockholm (Sweden)
    • Year and Date
      2014-09-26 – 2014-09-26
    • Invited
  • [Presentation] SiNx薄膜による第二次高調波発生2014

    • Author(s)
      北尾 明大、河村 息吹、今北 健二、藤井 稔
    • Organizer
      2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学 札幌キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] シリコンナノ結晶コロイド塗布薄膜の形成と評価2014

    • Author(s)
      佐々木 誠仁、 杉本 泰、 今北 健二、 藤井 稔
    • Organizer
      2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学 札幌キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] シリコンナノ結晶ソリッドにおけるナノ結晶間相互作用2014

    • Author(s)
      古田 健太、 杉本 泰、 今北 健二、 藤井 稔
    • Organizer
      2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学 札幌キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] 第二次高調波発生によるGeO2多結晶の配向方向決定2014

    • Author(s)
      河村 息吹、今北 健二、北尾 明大、藤井 稔
    • Organizer
      2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学 札幌キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] コロイド状Si1-xGex ナノ結晶の塗布によるナノ結晶薄膜の作製と評価(I)2014

    • Author(s)
      管野 天、杉本 泰、今北 健二、藤井 稔,
    • Organizer
      2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学 札幌キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] All-Inorganic Colloidal Silicon Nanocrystals2014

    • Author(s)
      Minoru Fujii
    • Organizer
      One-day Czech-Japan Workshop on Advancement of Silicon Nanophotonics
    • Place of Presentation
      Charles University, Prague (Czech Republic)
    • Year and Date
      2014-06-04 – 2014-06-04
  • [Presentation] All-Inorganic Colloidal Silicon Nanocrystals-Surface Modification by Heavy Doping of Boron and Phosphorus2014

    • Author(s)
      Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Masataka Hasegawa, Kenji Imakita and Kensuke Akamatsu
    • Organizer
      2014 MRS Spring Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, California (USA)
    • Year and Date
      2014-04-21 – 2014-04-25
  • [Presentation] Controlling HOMO-LUMO Gap of Colloidal Silicon Nanocrystals in a Wide Range by n- and p-Type Impurity Codoping2014

    • Author(s)
      Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Kenji Imakita and Kensuke Akamatsu
    • Organizer
      2014 MRS Spring Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, California (USA)
    • Year and Date
      2014-04-21 – 2014-04-25
  • [Presentation] All-inorganic Colloidal Silicon Germanium Alloy Nanocrystals ?High Solution Dispersibility by the Formation of High Boron and Phosphorus Concentration Shell2014

    • Author(s)
      Takashi Kanno, Hiroshi Sugimoto, Kenji Imakita and Minoru Fujii
    • Organizer
      2014 MRS Spring Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, California (USA)
    • Year and Date
      2014-04-21 – 2014-04-25
  • [Remarks] Mesoscopic Materials Research

    • URL

      http://www2.kobe-u.ac.jp/~fujii1/index.html

URL: 

Published: 2016-06-01  

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