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マイクロプラズマによるナノシリコン結晶の作製と局所光学・電子物性の探索

研究課題

研究課題/領域番号 14550289
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 電子・電気材料工学
研究機関埼玉大学

研究代表者

白井 肇  埼玉大学, 工学部, 助教授 (30206271)

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
2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
2003年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2002年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
キーワードナノ結晶シリコン / プラズマジェット / 大気圧プラズマ / 可視発光 / 塩素系材料 / 大気圧マイクロプラズマ / ナノ結晶 / シリコン
研究概要

ナノ結晶シリコン粒子の発光機構および制御を目的として、容量結合型RFプラズマCVD法により、塩素系原料(SiH_2Cl_2,SiCl_4)からナノ結晶シリコンドットのサイズ及び密度制御を行った。RF電力、堆積時間および基板温度によりサイズを2-100nm、密度波は10^9-10^<11>cm^<-2>まで制御可能であることが分かった。これらの発光状態を定常および時間分解フォトルミネッセンス(PL)で評価した。堆積直後大気解法状態からPLの時間変化を評価した結果、ドットの表面酸化の進行にともない発光強度が72時間にわたって高エネルギーシフトをともなって1桁増大した。この表面酸化にともなうPL発光を赤外反射分光およびX線光電子分光(XPS)法で評価した結果、SiO_x(x=1)サブオキサイドが発光の期起源であることを明らかにした。さらに発光強度の短時間での増大を目的に各種酸、塩基溶液処理による変化を考察した。各種酸、延期の中でPH=2の塩酸溶液でリンスしたドットでは、発光強度が堆積直後に比較して短時間(5分)で20倍まで発光強度が増大した。これらの発光の時間分解PLを評価した結果SiO_x(x=1)密度に起因したPL応答特性を観測した。さらにドット形成と表面酸化を繰り返すドット多層積層構造を作製し、PL評価を行った結果非線形にPL強度が増大することを見いだした。以上のPLスペクトルはドットのサイズ分布を反映してブロードな発光を示すことから、これらのドットサイズ分布を制御するために、プラズマ気相中でのナノ粒子のサイズ制御を目的に、大気圧プラズマによる制御を行った。具体的には、市販の注射針をカソード電極として高周波を印加することで、針先にアルゴン/水素大気圧マイクロプラズマジェットを生成し、周辺から塩素系原料を供給することでナノ結晶シリコン粒子を形成した。室温でのプラズマにも拘わらずナノ結晶シリコン粒子の超高速形成を実現した。

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

    (23件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (23件)

  • [文献書誌] H.Shirai, Y.Fujimura: "Photoluminescence properties of nanocrystalline Si dots fabricated by RF plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiCl_4 and H_2 mixture"Japan Journal of Applied Physics. 41. L1161-L1163 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kurosaki, K.Hashimoto, A.Nakao, H.Shirai: "Photoluminescence and optical characterizations of nanocrystalline silicon dots formed by plasma-enhanced chemical vapor deposition"Japan Journal of Applied Physics. 42. 6296-6302 (2003)

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      「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] K.Hashimoto, H.Shirai: "Formation of Si:H:Cl films at low temperatures of 90-140C by RF plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiH_2Cl_2 and H_2 mixture"Japan Journal of Applied Physics. 42. 1173-1178 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Shirai, Y.Seri, H.Jia, K.Kurosaki: "Nanocrystalline silicon dots fabricated by pulse rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiCl_4- and H_2 mixture"Japan Journal of Applied Physics. 42. L1191-L1194 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ito, K.Hashimoto, H.Shirai: "Surface chemistry of Si:H:Cl film formation by rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiH_2Cl_2 and SiCl_4"Japan Journal of Applied Physics. 42. L1119-L1122 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 白井肇(分担): "マイクロ波プラズマの技術"オーム社. 159-170 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Shirai, T.Tsukamoto, K.Kurosaki: "Luminescent Silicon Nanocrystal Dots Fabricated by SiCl_4/H_2 rf Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition"Physica E. Vol.16. 388-394 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Shirai, T.Tsukamoto, K.Kurosaki: "Low-Temperature Formation of Si-Nanocrystal Dots from Chlorinated Materials by Radio-Frequency Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition and Optical Properties"Solid State Phenomena. Vol.93. 275-280 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hashimoto, H.Shirai: "Formation of Si:H:Cl Films at Low-Temperatures of 90-140℃ by RF Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition of a SiH_2Cl_2-and-H_2 Mixture"Japan Journal of Applied Physics. Vol.42. 1173-1178 (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] K.Kurosaki, T.Tsukamoto, K.Hashimoto, A.Nakao, H.Shirai: "Photoluminescence and Optical Characterizations of Nanocrystalline Silicon Dots Formed by Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition"Japan Journal of Applied Physics. Vol.42. 6629-6302 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ito, C.Ikeda, H.Shirai: "Surface Chemistry of Si:H:Cl Nanocrystalline by RF Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition of SiH_2Cl_2 and SiCl_4 Plasmas"Japan Journal of Applied Physics. Vol.42. L1119-L1122 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Shirai, Y.Seri, H.Jia, K.Kurosaki: "Nanocrystalline Silicon Dots Fabricated by Pulse RF Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition"Japan Journal of Applied Physics. Vol.42. L1191-L1194 (2003)

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    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Shirai, T.Tsukamoto, K.Kurosaki: "Low-temperature formation of Si-nanocrystal dots from chlorinated materials by radio-frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition and optical properties"Solid State Phenomena. Vol.93. 275-280 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Shirai: "Role of Chlorine in the Nanocrystalline Silicon Film Formation by RF Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition of Chlorinated Materials"Thin Solid Films. (印刷中). (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ito, Y.Ikeda, H.Shirai: "Disorder-Induced Nucleation in the Nanocrystalline Silicon Film Growth from Chlorinated Materials by RF Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition"Journal of Non-Crystalline Solids. (印刷中). (2004)

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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.Shirai, Y.Fujimura: "Photoluminescence properties of nanocrystalline Si dots fabricated by RF plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiCl_4 and H_2 mixture"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. L1161-L1163 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Kurosaki, K.Hashimoto, A.Nakao, H.Shirai: "Photoluminescence and optical characterizations of nanocrystalline silicon dots formed by plasma enhanced chemical vapor deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 6296-6302 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Hashimoto, H.Shirai: "Formation of Si:H:Cl films at low temperatures of 90-140℃ by RF plasma-enhanced chemical vapor deposition of a SiH_2Cl_2 and H_2 mixture"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 1173-1178 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Shirai, Y.Seri, H.Jia, K.Kurosaki: "Nanocrystalline silicon dots fabricated by pulse rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiCl_4-and-H_2 mixture"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L1191-L1194 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ito, K.Hashimoto, H.Shirai: "Surface chemistry of Si:H:Cl film formation by rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiH_2Cl_2 and SiCl_4"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L1119-L1122 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Shirai, T.Tsukamoto, K.Kurosaki: "Luminescent silicon nanocrystal dots fabricated by SiCl4/H2 rf plasma-enhanced chemical vapor deposition"PHYSICA E. 16. 388-394 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Shirai, Y.Fujimura: "Photoluminesence properties of nanocrysalline Si dots fabricated by rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiCl4 and H2 mixture"Japan Journal of Appied Physics. 41. L1161-L1163 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Hashimoto, H.Shirai: "Formation of Si : H : Cl films at low temperatures of 90-140℃ by rf plasma-enhanced chemical vapor deposition of a SiH2Cl2 and H2 mixture"Japan Journal of Appied Physics. 42. 1173-1178 (2003)

    • 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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