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直接遷移型シリコンスズ創出に向けたボンドエンジニアリング構築への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 19K21971
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
研究機関名古屋大学

研究代表者

黒澤 昌志  名古屋大学, 工学研究科, 講師 (40715439)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
キーワードシリコンスズ / 薄膜成長 / ボンドエンジニアリング / 結晶成長
研究開始時の研究の概要

ダイヤモンド構造を好むIV族混晶半導体は、閃亜鉛鉱構造を好むIII-V族半導体と比べ共有結合の自由度が高いため、より精密な結合状態の制御(ボンドエンジニアリング)が必要とされる。本研究では、研究代表者が世界をリードしているIV族混晶半導体:シリコンスズを題材とし、直接遷移化の可能性を探求すると共に、ボンドエンジニアリング技術の構築に挑戦する。結晶成長・計測・理論計算の協奏により発光に適した共有結合状態を明確化し、直接遷移化スズ組成(25~90%と計算手法によって大きく異なる)をめぐる理論的論争に終止符を打つべく研究を推進する。

研究成果の概要

ダイヤモンド構造を好むIV族混晶半導体は、閃亜鉛鉱構造を好むIII-V族半導体と比べ共有結合の自由度が高いため、より精密な結合状態の制御(ボンドエンジニアリング)が必要とされる。本研究では、IV族混晶半導体の中でもあまり理解の進んでいないシリコンスズを題材とした。絶縁性基板上への薄膜形成技術や高濃度ドーピング技術を構築することで、シリコンスズの基礎的な各種物性値(光学物性、電子物性、熱電変換特性)の計測に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

シリコンスズは、シリコン中のスズ固溶限が0.1%と極めて少なく合成が難しく、IV族混晶半導体の中でもあまり理解の進んでいない材料である。本研究遂行により、シリコンスズの高品位形成や基礎物性の計測が可能になったことに加え、新しい分野への応用可能性(熱電変換材料)を示した。本研究がターゲットとするシリコンとスズは、デバイス応用、集積化の観点から最も有力視されているIV族元素で構成されているため、シリコン大規模集積回路や半導体メモリなどへの産業応用上の基盤になりうると期待できる。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Evaluation of Strain-Shift Coefficients for SiSn by Raman Spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Yokogawa Ryo、Kurosawa Masashi、Ogura Atsushi
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 98 号: 5 ページ: 291-300

    • DOI

      10.1149/09805.0291ecst

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 分子線エピタキシー法による Si1-xSnx 薄膜の形成2020

    • 著者名/発表者名
      丹下龍志, 黒澤昌志, 中塚理
    • 雑誌名

      電子デバイス界面テクノロジー研究会(第25回)

      巻: - ページ: 125-128

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] ゲルマニウムスズⅣ族混晶薄膜の結晶成長と電子物性2019

    • 著者名/発表者名
      中塚 理、黒澤 昌志
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 88 号: 9 ページ: 597-603

    • DOI

      10.11470/oubutsu.88.9_597

    • NAID

      130007709590

    • ISSN
      0369-8009, 2188-2290
    • 年月日
      2019-09-10
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Si(001)基板上におけるSi1-xSnx薄膜のエピタキシャル成長2020

    • 著者名/発表者名
      黒澤昌志, 丹下龍志, 中塚理
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 分子線エピタキシー法による Si1-xSnx 薄膜の形成2020

    • 著者名/発表者名
      丹下龍志, 黒澤昌志, 中塚理
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会(第25回)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] GaドープSi1-xSnx薄膜で観測した巨大ゼーベック熱電能の理解2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤啓, 洗平昌晃, 中塚理, 黒澤昌志
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] UVラマン分光法による単結晶Si1-xSnxの歪換算係数導出2020

    • 著者名/発表者名
      横川凌, 丹下龍志, 黒澤昌志, 小椋厚志
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Influence of Dopant on Thermoelectric Properties of Si-rich Poly-Si1-xSnx Layers Grown on Insulators2019

    • 著者名/発表者名
      K. Sato, O. Nakatsuka, and M. Kurosawa
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials 2019 (SSDM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical Investigation of Self-organization Behavior of Si0.5Sn0.5 Nano-particles2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagae, M. Kurosawa, and O. Nakatsuka
    • 学会等名
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2019 (ICMaSS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2022-01-27  

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