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YbEr共添加ナノ微結晶Siにおける赤外発光のセンシタイゼイションに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 14550015
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用物性・結晶工学
研究機関東洋大学

研究代表者

小室 修二  東洋大学, 工学部, 教授 (90120336)

研究分担者 森川 滝太郎  東洋大学, 工学部, 教授 (80191013)
研究期間 (年度) 2002 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2003年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2002年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
キーワードナノ微結晶 / Siナノ微結晶 / 希土類元素 / イッテルビウム / エルビウム / レーザーアブレーション / イッテリビウム / ナノ微結晶薄膜
研究概要

本研究によって次のことが明らかになった。
1.X線回折測定を行った結果、Si:YbEr薄膜は、30〜40nmの粒径を持つナノ構造(nc-Si:YbEr)を示していることが明らかになった。
2.nc-Si:Yb薄膜からは、0.980、1.036、1.091μmにおいてYb^<3+>イオンの内殻遷移発光を観測した。
3.Yb^<3+>イオンの0.980μm発光の時間分解発光スペクトルを測定した結果、Yb^<3+>イオン発光は励起後約300nsで立ち上がることを見出した。
4.nc-Si:Yb(Yb添加量1wt%)薄膜、nc-Si:Er(Er添加量1wt%)薄膜、nc-Si:YbEr(Yb添加量1wt%およびEr添加量1wt%)薄膜の3種類の試料に関して、赤外発光スペクトルを測定した。Yb^<3+>イオンの励起準位(^2F_<5/2>)は、Er^<3+>イオンの第2励起準位(^4I_<11/2>)よりも5meVだけ、高いエネルギー位置にあることが明らかになった。この結果は、母材であるSi中に生成された電子・正孔対の消滅エネルギーが、Yb^<3+>イオンの励起準位(^2F_<5/2>)を介することにより、母材料→Yb^<3+>イオン(^2F_<5/2>)→Er^<3+>イオン(^4I_<11/2>)→Er^<3+>イオン(^4I_<13/2>)→1.54μm発光→Er^<3+>イオン(^4I_<15/2>)への効率良いエネルギー移動を示している。実際に^4I_<13/2>→^4I_<15/2>遷移として現れる1.54μm帯のEr^<3+>イオンの発光強度を、nc-Si:Er薄膜とnc-Si:YbEr薄膜とで比較した結果、YbをErに共添加することで2.5倍の増強(センシタイゼイション)を得た。
5.nc-Si:Yb(0.2wt%)Er(0.2wt%)薄膜では、センシタイゼイション効果は1.1倍、およびnc-Si:Yb(3wt%)Er(3wt%)薄膜では1.6倍であった。Er^<3+>の1.54μm発光をセンシタイズさせるための最適Yb添加量は、Yb(1wt%、1.4×10^<19>cm^<-3>)であることを明らかにした。
6.Er^<3+>の1.54μm発光の励起スペクトル(PLE)測定を、Yb^<3+>の励起準位(^2F_<5/2>)とEr^<3+>の第2励起準位(^4I_<11/2>)を含む波長領域で行った。nc-Si:Yb(1wt%)Er(1wt%)薄膜での吸収帯が最も大きいことは、前述したEr^<3+>イオンの発光強度のセンシタイゼイションの効果を支持している。
本研究により、Er添加nc-Si薄膜において観測されるEr^<3+>イオンの1.54μm発光(^4I_<13/2>→^4I_<15/2>遷移)を、Yb^<3+>イオンを共添加することで、センシタイズすることが明らかになった。

報告書

(3件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (26件)

  • [文献書誌] M.Ishii, S.Komuro, T.Morikawa: "Study on atomic coordination around Er doped into anatase- and rutile- TiO_2 : Er-O clustering dependent on the host crystal phase"Journal of Applied Physics. 94. 3823-3827 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Katsumata, R.Sakai, S.Komuro, T.Morikawa: "Thermally stimulated and photostimulated luminescence from long Phosphorescent SrAl_2O_4:Eu,Dy"Journal of Electrochemical Society. 150(5). H111-H114 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Komuro, T.Katsumata, H.Kokai, T.Morikawa, X.Zhao: "Change in photoluminescence from Er-doped TiO_2 thin films induced by optically assisted reduction"Applied Physics Letters. 81. 4733-4735 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Komuro, T.Katsumata, T.Morikawa, H.Kokai, X.Zhao, Y.Aoyagi: "Formation of β-FeSi_2 thin films using laser ablation"Journal of Crystal Growth. 237-239. 1961-1965 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Zhao, S.Komuro: "Time-resolved photoluminescence of Ytterbium-doped nanocrystalline Si thin films"Applied Physics Letters. 79. 2151-2157 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ishii, S.Komuro, T.Morikawa, Y.Aoyagi: "Local structure analysis of an optically active center in Er-doped ZnO thin film"Journal of Applied Physics. 89. 3679-3684 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Zhao, S.Komuro: "Time-resolved photoluminescence of Ytterbium-doped nanocrystalline Si thin films"Applied Physics Letters. 79. 2151-2153 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Katsumata et al.: "Characterization of trap levels in long-duration phosphor crystals"Journal of Crystal Growth. 237-239, 361-366 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Komuro et al.: "Formation of β-FeSi_2 thin films using laser ablation"Journal of Crystal Growth. 237-239, 1961-1965 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Aizawa et al.: "Fabrication of ruby sensor probe for the fiber-optic thermometer using fluorescence"Review of Scientific Instruments. 73. 3656-3658 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Komuro et al.: "Change in photoluminescence from Er-doped TiO_2 thin films induced by optically assisted reduction"Applied Physics Letters. 81. 4733-4735 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Aizawa et al.: "Long afterglow phosphorescent sensor materials for fiber-optic thermometer"Review of Scientific Instruments. 74. 1344-1349 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Uchiyama et al.: "Fiber-optic thermometer using Cr-doped YAlO_3 sensor head"Review of Scientific Instruments. 74. 3883-3885 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ishii et al.: "Study on atomic coordination around Er doped into anatase-and rutile-TiO_2:Er-O clustering dependent on the host crystal phase"Journal of Applied Physics. 94. 3823-3827 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ishii, S.Komuro, T.Morikawa: "Study on atomic coordination around Er doped into anatase- and rutile- TiO_2:Er-O clustering dependent on the host crystal phase"Journal of Applied Physics. 94. 3823-3827 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Uchiyama, H.Aizawa, T.Katsumata, S.Komuro, et al.: "Fiber-optic thermometer using Cr-doped YAlO_3 sensor head"Review of Scientific Instruments. 74. 3883-3885 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Katsumata, R.Sakai, S.Komuro, T.Morikawa: "Thermally stimulated and photostimulated luminescence from long duration phosphorescent SrAl_2O_4:Eu,Dy"Journal of the Electrochemical Society. 150(5). H111-H114 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Komuro, T.Katsumata, H.Kokai, T.Morikawa, X.Zhao: "Change in photoluminescence from Er-doped TiO_2 thin films induced by optically assisted reduction"Applied Physics Letters. 81. 4733-4735 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Aizawa, T.Katsumata, S.Komuro, et al.: "Fiber-optic thermometer using afterglow phosphorescence from long duration phosphor"Electrochemical and Solid-State Letters. 5. H17-H19 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Aizawa, T.Katsumata, S.Komuro, et al.: "Long afterglow phosphorescent sensor materials for fiber-optic thermometer"Review of Scientific Instruments. 74. 1344-1349 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Komuro, T.Katsumata, H.Kokai, T.Morikawa, X.Zhao: "Change in photoluminescence from Er-doped TiO_2 thin films induced by optically assisted reduction"Applied Physics Letters. 81・25. 4733-4735 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Aizawa, N.Ohishi, S.Ogawa, T.Katsumata, S.Komuro, T.Morikawa: "Fabrication of ruby sensor probe for the fiber-optic thermometer using fluorescence decay"Review of Scientific Instruments. 73・10. 3656-3618 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Aizawa, T.Katsumata, J.Takahashi, K.Matsunaga, S.Komuro, T.Morikawa, E.Toba: "Fiber-optic thermometer using afterglow photoluminescence from long duration phosphor"Electrochemical and Solid State Letters. 5・9. H17-H19 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Komuro, T.Katsumata, T.Morikawa, H.Kokai, X.Zhao, Y.Aoyagi: "Formation of β-FeSi_2 thin films using laser ablation"Journal of Crystal Growth. 237/239. 1961-1965 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] X.Zhao, S.Komuro: "Time-resolved photoluminescence of ytterbium-doped nanocrystalline Si"Applied Physics Letters. 79・14. 2151-2153 (2001)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Ishii, S.Komuro, T.Morikawa, Y.Aoyagi: "Local structure analysis of an optically active center in Er-doped ZnO thin film"Journal of Applied Physics. 89・7. 3679-3684 (2001)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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