シリコン量子ドット薄膜のキャリア精密制御とマトリックスエンジニアリング
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19K22111
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
藤井 稔 神戸大学, 工学研究科, 教授 (00273798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 泰 神戸大学, 工学研究科, 助教 (40793998)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | シリコン量子ドット / シリコン量子ドット薄膜 / silicon / quantum dot |
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| Outline of Research at the Start |
シリコン量子ドットは，環境親和性・生体親和性の高い新ナノ材料であり，既存の半導体デバイス・プロセスと高い整合性を有している．本研究では，独自に開発したコア／シェル構造シリコン量子ドットの塗布薄膜の電気伝導特性を向上させ，それにより実用レベルの光・電子デバイスを実現するための基盤技術を確立することを目的とする．そのために，薄膜形成技術の開発，ドーピングによるキャリア制御，シリコン量子ドット間を金属イオンや金属ナノ粒子で架橋した複合薄膜の形成による電子移動度の向上等に関する研究を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコン量子ドットは，環境親和性・生体親和性の高い新ナノ材料であり，既存の半導体デバイス・プロセスと高い整合性を有している．本研究では，独自に開発したコア／シェル構造シリコン量子ドットの塗布薄膜の電気伝導特性を向上させ，それにより実用レベルの光・電子デバイスを実現するための基盤技術を確立することを目的とする．そのために，薄膜形成技術の開発，ドーピングによるキャリア制御，シリコン量子ドット間を金属イオンや金属ナノ粒子で架橋した複合薄膜の形成による電子移動度の向上等に関する研究を行う．本年度は、以下の研究を実施した。
i) コロイド状シリコン量子ドットを基板上に塗布する方法で、シリコン量子ドット光電極を作製した。水溶媒中において従来のシリコン量子ドットから作製した光電極では、量子ドットの自己酸化に起因するアノード電流が観測されたが、コア／シェル構造シリコン量子ドットでは、カソード電流（プロトンの還元電流）が観測された。カソード電流の大きさは量子ドットのサイズに依存することが明らかになった。
ii) シリコン量子ドット光電極の性能向上を目的に、助触媒としてプラチナナノ粒子を付加する方法の開発を行った。シリコン量子ドット分散溶液に塩化プラチナ酸を加えることにより量子ドット表面にプラチナナノ粒子を成長させる方法を試みた。その結果、複合ナノ粒子は形成されたが、光電極としての機能は消失した。そこで、シリコン量子ドット光電極表面にあらかじめ形成したプラチナナノ粒子の溶液を塗布する方法を検討し、この方法では光電極として機能することを確認した。
iii) 同様に、シリコン量子ドットとグラフェンもしくは酸化グラフェンのナノ粒子の複合構造の検討を行った。様々なプロセスと構造について検討を行い、現在のところグラフェンナノ粒子層とシリコン量子ドット層の積層構造で最も良好な光電極特性が得られている。
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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
前年度までに、化学ドーピングによるシリコン量子ドット薄膜の電気伝導特性制御の可能性の実証、及びシリコン量子ドットと金属ナノ粒子の複合ナノ粒子の形成技術の開発を行った。今年度は、主にシリコン量子ドット薄膜の水素生成光電極応用に注力し、塗布により作製したシリコン量子ドット薄膜が水素生成光陰極として機能することを実証した。さらに、プラチナナノ粒子やグラフェンナノ粒子との複合構造の形成による特性向上の取り組みもスタートさせており、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度と同様に、シリコン量子ドット薄膜の光電極応用に関する研究を重点的に推進する。特に、今年度スタートしてプラチナナノ粒子及びグラフェンナノ粒子との複合体形成に関する研究を完成させる。また、二次元半導体である遷移金属ダイカルコゲナイドとシリコン量子ドットの相互作用に関する研究を実施する。並行して、研究計画時には想定していなかったテーマとして、直径100nm程度のシリコンナノ粒子の光電極応用に関する研究をスタートさせる。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
