研究課題
「量子サイズにまで微細化したシリコンの光・電子・音響機能の制御と解析」に重点をおき、発光、弾道電子放出、超音波放出の各特性について、基礎物性の解析を通じて特性を向上させる検討を行った。研究項目と主な成果を以下に示す。(1)発光特性:ナノ構造シリコンに導入した高圧水蒸気アニール(HWA)により、高品質の表面酸化が進行し、低温プロセスにもかかわらず、非発光再結合欠陥の少ない表面終端が形成される。その結果、PL効率を著しく向上できた。また、HWA後に残存するnc-Si表面のダングリングボンドを表面修飾法によりSi-C共有結合で終端することで、PL効率はさらに向上することがFTIR解析などから確認された。技術的に重要なEL素子においても,HWA処理は動作の長期安定性の向上にきわめて有効であることがわかった。(2)弾道電子エミッタ:低真空だけでなく空気中での動作を新たに確認し、本素子が負イオン源として機能することを示した。そのさい、急速熱酸化、HWA、表面修飾の併用によって動作寿命がのびる、一定時間の休止により特性が回復する、などがわかった。また、この動作モードは空気中での潜像形成などに応用できることを実験的に裏付けた。(3)音響機能:量子化シリコンに特有の熱誘起音波発生効果について、音圧出力効率、周波数特性などの面からその特質を実験的に明らかにした。これを生かして、高機能超音波スピーカー,高信頼性3次元空中センサ,非接触アクチュエータなどへの有用性に加え、新たに動物音声再生として応用可能であることを示した。具体的な適用例として、マウスが発する超音波音声を本素子で擬似発生することを試み、音圧・周波数の時間依存性とスペクトログラムマッピングにおいて高い類似度で再生が可能であることを実証した。
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