有機分子表面修飾を必要としない、新しいタイプの極性溶媒分散性Ｓｉナノ結晶の創成

• 研究課題/領域番号: 24651143
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 藤井 稔 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00273798)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2012年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: シリコンナノ結晶 / コロイド / 不純物 / ドーピング / シリコン / ナノ結晶 / ナノ結晶薄膜

研究成果の概要

コロイド状シリコン（Si）ナノ結晶は、塗布法による大面積半導体薄膜の低コスト形成や蛍光バイオイメージング等の様々な分野への応用が期待されている。本研究では、ホウ素（B）とリン（P）を同時ドーピングするという原理的に全く新しい方法で、表面修飾無しで高い極性溶媒分散性を有するSiナノ結晶を開発する。本研究により、極性溶媒分散性（特に水分散性）同時ドープSiナノ結晶の作製方法確立、表面構造の解析と極性溶媒分散性のメカニズムの解明、広範囲(1-14 nm)にわたるサイズ制御と発光エネルギー制御、ゲルマニウム（Ge）との混晶化による吸収断面積の向上、塗布による高品質Siナノ結晶薄膜の作製等の成果を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Size-Controlled Growth of Cubic Boron Phosphide Nanocrystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Kenji Imakita
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 5 号: 11 ページ: 8427-8431
  • DOI: 10.1039/c4ra13530j
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Colloidal Silicon Germanium Alloy Nanocrystals with High Boron and Phosphorus Concentration Hydrophilic Shell (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kanno, Minoru Fujii, Hiroshi Sugimoto, Kenji Imakita,
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 2 号: 28 ページ: 5644-5650
  • DOI: 10.1039/c4tc00511b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of boron and phosphorus codoped all-inorganic colloidal silicon nanocrystals from hydrogen silsesquioxane (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Kenji Imakita
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 6 号: 21 ページ: 12354-12359
  • DOI: 10.1039/c4nr03857f
  • 査読あり
• [雑誌論文] All-Inorganic Water-Dispersible Silicon Quantum Dots: Highly Efficient Near-Infrared Luminescence in a Wide pH Range (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Yuki Fukuda, Kenji Imakita and Kensuke Akamatsu
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 6 号: 1 ページ: 122-126
  • DOI: 10.1039/c3nr03863g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silicon Nanocrystals with High Boron and Phosphorus Concentration Hydrophilic Shell -Raman Scattering and X-Ray Photoelectron Spectroscopic Studies (2014)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii, Hiroshi Sugimoto, Masataka Hasegawa, and Kenji Imakita
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 115 号: 8 ページ: 0843011-5
  • DOI: 10.1063/1.4866497
  • NAID: 120005465530
  • 査読あり
• [雑誌論文] Codoping n- and p-Type Impurities in Colloidal Silicon Nanocrystals -Controlling Luminescence Energy from below Bulk Band Gap to Visible Range (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Kenji Imakita, Shinji Hayashi, and Kensuke Akamatsu
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 号: 22 ページ: 11850-11857
  • DOI: 10.1021/jp4027767
  • 査読あり
• [雑誌論文] All-Inorganic Near-Infrared Luminescent Colloidal Silicon Nanocrystals-High Dispersibility in Polar Liquid by Phosphorus and Boron Co-doping (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 116 号: 33 ページ: 17969-17974
  • DOI: 10.1021/jp305832x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phosphorus and Boron Co-doped Colloidal Silicon Nanocrystals with Inorganic Atomic Ligands (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry 巻: 117 号: 13 ページ: 6807-6813
  • DOI: 10.1021/jp312788k
  • 査読あり
• [学会発表] シリコンナノ結晶コロイド塗布薄膜の形成と評価（II） (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 誠仁、杉本 泰、加納 伸也、今北 健二、藤井 稔,
  • 学会等名: 第６２回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（平塚）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古田 健太、杉本 泰、今北 健二、藤井 稔
  • 学会等名: 第６２回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（平塚）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 金ナノ粒子-シリコンナノ結晶複合体の発光特性（I） (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上 飛鳥、杉本 泰、今北 健二、藤井 稔
  • 学会等名: 第６２回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（平塚）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 藤井 稔
  • 学会等名: 2015年電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス（草津）
  • 年月日: 2015-03-10 – 2015-03-13
  • 招待講演
• [学会発表] All-inorganic Colloidal Silicon Germanium Alloy Nanocrystals with the Formation of High Boron and Phosphorus Concentration Hydrophilic Shel (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kanno, Minoru Fujii, Hiroshi Sugimoto and Kenji Imakita
  • 学会等名: 第24回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館（横浜）
  • 年月日: 2014-12-10 – 2014-12-12
• [学会発表] Synthesis of n- and/or p-type Impurity Doped Silicon Nanocrystals from Hydrogen Silsesquioxane (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Kenji Imakita, and Minoru Fujii
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, Massachusetts (USA)
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] All-Inorganic Colloidal Silicon Nanocrystal (2014)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii
  • 学会等名: Workshop on "Advancement of Group IV Nanostructures Nanophotonics and Nanoelectronics
  • 発表場所: Kobe University (Kobe, Japan)
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-19
• [学会発表] Boron and Phosphorus Codoped All-Inorganic Colloidal Silicon Nanocrystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii
  • 学会等名: Tossa workshop 2014; Silicon Nanocrystals: Science and Applications
  • 発表場所: Tossa de Mar (Spain)
  • 年月日: 2014-09-28 – 2014-09-30
• [学会発表] Silicon Nanocrystals as Optoelectronic Materials (2014)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii
  • 学会等名: Kista Science Seminars
  • 発表場所: Royal Institute of Technology, Stockholm (Sweden)
  • 年月日: 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] シリコンナノ結晶コロイド塗布薄膜の形成と評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 誠仁、 杉本 泰、 今北 健二、 藤井 稔
  • 学会等名: 2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学 札幌キャンパス(札幌)
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古田 健太、 杉本 泰、 今北 健二、 藤井 稔
  • 学会等名: 2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学 札幌キャンパス(札幌)
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 管野 天、杉本 泰、今北 健二、藤井 稔,
  • 学会等名: 2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学 札幌キャンパス(札幌)
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] All-Inorganic Colloidal Silicon Nanocrystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii
  • 学会等名: One-day Czech-Japan Workshop on Advancement of Silicon Nanophotonics
  • 発表場所: Charles University, Prague (Czech Republic)
  • 年月日: 2014-06-04
• [学会発表] All-Inorganic Colloidal Silicon Nanocrystals-Surface Modification by Heavy Doping of Boron and Phosphorus (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Masataka Hasegawa, Kenji Imakita and Kensuke Akamatsu
  • 学会等名: 2014 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, California (USA)
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [学会発表] Controlling HOMO-LUMO Gap of Colloidal Silicon Nanocrystals in a Wide Range by n- and p-Type Impurity Codoping (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Kenji Imakita and Kensuke Akamatsu
  • 学会等名: 2014 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, California (USA)
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [学会発表] All-inorganic Colloidal Silicon Germanium Alloy Nanocrystals ?High Solution Dispersibility by the Formation of High Boron and Phosphorus Concentration Shell (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kanno, Hiroshi Sugimoto, Kenji Imakita and Minoru Fujii
  • 学会等名: 2014 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, California (USA)
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25
  • 招待講演
• [学会発表] コロイド状Si1-xGex ナノ結晶の作製と光学特性（II） (2014)
  • 著者名/発表者名: 管野 天、杉本 泰、今北 健二、藤井 稔,
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] ラマン散乱によるB,P同時ドープコロイド状Siナノ結晶の構 造評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 正高、杉本 泰、藤井 稔、今北 健二
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] パルスレーザー照射によるシリコンナノ結晶の表面改質 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古田 健太、杉本 泰、今北 健二、藤井 稔
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] 塗布によるSiナノ結晶薄膜の作製 (I) (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 誠仁、 杉本 泰、 今北 健二、 藤井 稔
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] All-Inorganic Near-Infrared Luminescent Colloidal Silicon Nanocrystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Kenji Imakita and Kensuke Akamatsu
  • 学会等名: 第23回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館
• [学会発表] All-Inorganic Near-Infrared Luminescent Colloidal Silicon Nanocrystals -High Dispersibility in Polar Liquid by Phosphorus and Boron Co-doping (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤井稔
  • 学会等名: 2013年度東北大学金属材料研究所ワークショップ「格子欠陥が挑戦する新エネルギー・環境材料開発」
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所
  • 招待講演
• [学会発表] n型、p型不純物同時ドーピングによる近赤外-可視発光コロイド状Siナノ結晶の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉本 泰、藤井 稔、今北 健二、林 真至、赤松 謙佑
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] コロイド状 SiGe ナノ結晶の作製と光学特性(I)", (2013)
  • 著者名/発表者名: 管野 天、杉本 泰、藤井 稔、今北 健二、林 真至
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] 不純物ドーピングによるシリコンナノ結晶の物性制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤井稔
  • 学会等名: 2013年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Growth of Impurity-doped Group IV Semiconductor Nanocrystals by Sputtering", (2013)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Sputtering and Plasma Processes (ISSP 2013)
  • 発表場所: Kyoto
  • 招待講演
• [学会発表] Colloidal silicon nanocrystals with inorganic atomic ligands (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Kenji Imakita, Shinji Hayashi, and Kensuke Akamatsu
  • 学会等名: European Materials Research Society, Spring Meeting
  • 発表場所: Strasbourg (France)
• [学会発表] Near-infrared luminescent silicon nanocrystals dispersible in water without surface functionalization (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Kenji Imakita, Shinji Hayashi, and Kensuke Akamatsu
  • 学会等名: European Materials Research Society, Spring Meeting
  • 発表場所: Strasbourg (France)
• [学会発表] n- and p-type impurity co-doped and compensated Si nanocrystals in silicate and in solution (2013)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii
  • 学会等名: 223rd ECS meeting
  • 発表場所: Toronto (Canada)
  • 招待講演
• [学会発表] 近赤外-可視発光Siナノ結晶コロイドの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉本 泰、藤井 稔、今北 健二、林 真至、赤松 謙佑,
  • 学会等名: 春季第60回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] Surfactant-free silicon nanocrystal colloids ?controlling dispersibility of silicon nanocrystals in polar liquids by impurity doping (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Masatoshi Fukuda, Kenji Imakita and Shinji Hayashi
  • 学会等名: 2012 Materials Research Society Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Experimental Determination of the Location of Electrically Active Boron Atoms in Boron-doped Silicon Nanocrystals (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, Kenji Imakita, Shinji Hayashi
  • 学会等名: 2012 Materials Research Society Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Optical properties of impurity-doped silicon nanocrystals (2012)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii
  • 学会等名: Silicon in space
  • 発表場所: Loveno di Menaggio (Italy)
  • 招待講演
• [学会発表] All-inorganic Near Infrared Luminescent Colloidal Silicon Quantum Dot (2012)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii, Hiroshi Sugimoto, Kenji Imakita, Shinji Hayashi
  • 学会等名: Fifth Internatinal Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications 2012 (ICOOPMA2012)
  • 発表場所: Nara, Japan
• [学会発表] Silicon nanocrystals as optoelectronic materials (2012)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii
  • 学会等名: University of Amsterdam, Institute of Physics (IoP), IOP colloquium
  • 発表場所: Amsterdam (The Netherland)
  • 招待講演
• [学会発表] 不純物ドーピングによるシリコンナノ結晶の物性制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤井 稔
  • 学会等名: 第１７回シリコンフォトニクス研究会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 招待講演
• [学会発表] P,B同時ドープSiナノ結晶ソリッドの作製と発光特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 正高、杉本 泰、藤井 稔、今北 健二、林 真至
  • 学会等名: 秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] 有機分子による表面修飾無しで極性溶媒分散性を有する P、B 同時ドープ Si ナノ結晶の近赤外発光特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉本 泰、藤井 稔、今北 健二、林 真至
  • 学会等名: 第23回光物性研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学
• [備考] Mesoscopic Materials Research
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~fujii1