研究課題
炭化ケイ素(SiC)中の単一光子源であるシリコン空孔(Vsi)や窒素-空孔中心(NcVsi)などに着目し研究を展開した。SiCデバイス内部の温度や電流(磁場)計測といった量子センシング応用の研究では、引き続き粒子線描画(PBW)技術を活用しpinダイオード中にVsiを導入した。昨年度は面内に自在にVsiを形成する技術を開発したが、今年度は、3次元的に自在にVsiを形成する技術の開発、及び量子センシングの高感度化に向けてVsiの光検出磁気共鳴(ODMR)コントラストが高くなるPBW後の熱処理条件に関する検討を行った。Vsiの3次元形成では、粒子種類を従来の陽子に加え、ヘリウムを用いること、及び加速エネルギーを制御することで、深さ方向に対しても自在にVsiが形成できることを実証するとともに、どの深さに形成したVsiにおいてもODMR計測に成功した。これより、デバイスの深さ方向に対するセンシングへの道が拓けた。ODMRシグナルに関しては、550℃での熱処理によりコントラストが最大となることを見出した。NcVsiは波長1300nm付近という近赤外領域発光を示すことから通信応用や生物内の量子センシング応用が期待されるが、その生成技術に関しては未だ確立していない。そこで、窒素(N)イオン照射後の熱処理などの生成条件に関する研究を進めた。その結果、1000℃での熱処理によりNcVsiからのフォトルミネッセンス(PL)強度が最大となり、NcVsi形成には1000℃での熱処理が有効であることが明らかとなった。更に、異なるN濃度を有するSiC基板に対して、陽子線照射及び1000℃熱処理を行い、NcVsiのPL強度との関係を調べたところ、N含有濃度の増加とともにPL強度も増加することを見出し、NcVsi濃度が基板のN含有濃度に比例して増加することが判明した。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Phys. Rev. Appl.
巻: 13 ページ: 044054-1-11
10.1103/PhysRevApplied.13.044054
Science
巻: 366 ページ: 1225-1230
10.1126/science.aax9406
Nat. Commun.
巻: 10 ページ: 5569-1-8
10.1038/s41467-019-13545-z
Sci. Adv.
巻: 5 ページ: eaay0527-1-7
10.1126/sciadv.aay0527
Nano Lett.
巻: 19 ページ: 7173-7180
10.1021/acs.nanolett.9b02774
Journal of Applied Physics
巻: 126 ページ: 083105~083105
10.1063/1.5099327
Mater. Sci. Forum
巻: 963 ページ: 709-713
10.4028/www.scientific.net/MSF.963.709.
Appl. Phys. Lett.
巻: 114 ページ: 212105-1-5
10.1063/1.5098070
Nature Communications
巻: 10 ページ: 1954-1-8
10.1038/s41467-019-09873-9
https://www.qst.go.jp/site/semiconductor/