ナノ構造誘起物性の制御と新機能シリコンデバイス

2007 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18063007
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 越田 信義 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 教授 (50143631)
• 研究分担者: 白樫 淳一 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 准教授 (00315657) ; BEMARD Gelloz 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 助教 (40343157)
• キーワード: ナノ構造 / シリコン / 量子サイズ効果 / 表面終端 / 可視発光 / 光集積 / 弾道電子効果 / 超音波放出

研究概要

量子サイズにまで微細化したナノシリコンにおいて生じる可視発光、弾道電子放出、超音波放出について、特性向上とデバイス化の基礎検討を行った。研究項目毎の成果を以下に示す。
(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)の条件制御により、従来の赤色発光とは別に、安定な青色発光が得られることを見いだした。この効果を、PLにおいて励起光の偏光がどの程度メモリされるかという点から分光解析し、赤色発光はナノドット内の励起子に、青色発光は表面酸化膜に起因することを明らかにした。またHWAにより発光効率を高めた試料にレーザー色素を含浸させたナノコンポジットを作製してPLの偏光メモリ効果の解析を行い、ナノドットにおけるエネルギー伝達過程の存在を実証した。
(2)弾道電子放出:従来の真空中応用に加えて、大気圧ガス中での動作性能を確認した。また表面の疎水化処理を追加し、当初の計画を越えて、純水などの液体中での動作にまで研究を展開させた。水溶液中では、電気分解で必要な対向電極や電解質なしにH^+を還元し、H_2のみを生成する。この効果は、水素生成と同時に溶液のpH値や水素溶存量の増大をともない、多様な応用につながることが判明した。
(3)音響機能:ナノシリコンの熱誘起音波発生について、その特質を出力効率、指向性、周波数特性、インパルス応答などの点から総合的に明らかにした。これに基づき、先に報告した3次元空中センサ、非接触アクチュエータの他に、小動物の超音波交信機構の解析、任意波長での超音波指向性制御、デジタルスピーカーなど、従来の圧電素子では困難であった新規応用の方向を定めることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Energy transfer in porous-silicon/laser-dye composite evidinced by polarization memory of photoluminescence. (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Chouket, H. Elhouichet, M. Oueslati, H. Koyama, B. Gelloz, and N. Koshida
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 91 ページ: 2119021-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Operation of nanosilicon ballistic electron emitter in lipuid water and hydrogen generation effect (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Koshida, T. Ohta, and B. Gelloz
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 90 ページ: 1635051-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Maternal approaches to pup ultrasonic vocalizations produced by a nanocrystalline silicon thermo-acoustic emitter. (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Uematsu, T. Kikusui, T. Kihara, T. Hanada, M. Kato, K. Nakano, O.Murakami, N.Koshida, Y.Takeuchi, and Y. Mori
  • 雑誌名: Brain Research. 1163 ページ: 91-99
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a high-resolution acteve-matrix electron emitter array for application to high-sensitivity image sensing. (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Negishi, Y. Matsuba, R. Tanaka, T. Nakada, K, Sakemura, Y. Okuda, A. Watanabe, T Yoshikawa, K, Ogasawara, M. Nanba, S. Okazaki, K. Tanioka, N. Egami, and N. Koshida
  • 雑誌名: J. Vac. Sci Technol. B 25 ページ: 661-666
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emission characteristics of nanocrystalline porous silicon ballistic cold cathode in atmospheric ambience. (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Ohta, A, Kojima, and N. Koshida
  • 雑誌名: J. Vac. Sci. Technol. B 25 ページ: 524-527
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly efficient and stable photoluminescence of nanocrystalline porous sillicon by combination of chemical modification and oxidation under high pressure. (2007)
  • 著者名/発表者名: B. Gelloz and N. Koshida
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46 ページ: 3462-3465
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stabilization of nano-crystalline porous silicon electroluminescence by high pressure water vapor annealing. (2007)
  • 著者名/発表者名: B. Gelloz, T. Shibata and N. Koshida
  • 雑誌名: physica status solide(a) 204 ページ: 2141-2144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and photoluminescence properties of silicon nanowires treated by high-pressure water vapor annealing. (2007)
  • 著者名/発表者名: B. Salhi B. Gelloz, N. Koshida, and R. Boudherroub
  • 雑誌名: Physica status solidi(a) 204 ページ: 1302-1306
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1インチ256X192画素アクティブ駆動型HEED冷陰極HARP撮像板. (2007)
  • 著者名/発表者名: 難波正和、宮川和典、渡部俊久、岡崎三郎、谷岡健吉、江上典文、田中亮太、中田智成、酒村一伊到、奥田義行、根岸伸安、渡辺温、吉川高正、小笠原清秀、小林昭、小楠功一、越田信義
  • 雑誌名: 映像情報メディア学会誌 61 ページ: 387-392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of bi-layer structure on long-tem stability of nanocrystalline porous silicon ultrasonic emitter. (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Watabe, Y. Honda, and N. Koshida
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46 ページ: 6218-6221
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of thermal effusivity in nanocrystalline porous silicon on long-term operation of thermally induced ultrasonic emission. (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Watabe, Y. Honda and N. Koshida
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46 ページ: 3645-3647
  • 査読あり
• [雑誌論文] New design principle and fabrication process of silicon 3-dimensional photonic crystal structures. (2007)
  • 著者名/発表者名: D. Hippo, K. Urakawa, Y. Kawata, Y. Tsuchiya, H. Mizuta, N. Koshida, and S. Oda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46 ページ: 633-637
  • 査読あり
• [学会発表] Mechanism of one-directional nano etching silicon using magnetic-field-assisted anodization. (2008)
  • 著者名/発表者名: D. Hippo, K, Urakawa, Y. Tsuchiya, H. Mizuta, N. Koshida, and S. Oda
  • 学会等名: Int. Conf. On Porous Semiconductors Science and Technology
  • 発表場所: Mallorca, Spain
  • 年月日: 2008-03-13
• [学会発表] Polarization memory in enhanced photoluminescence of porous silicon as a trace of energy transfer to embedded laser dye molicules (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Chouket, H. Koyama, B. Gelloz, H. Elhouichet, M. Oueslati, N. Koshida
  • 学会等名: Int Conf. On porous Semiconductors Science and Technology
  • 発表場所: Mallorca, Spain
  • 年月日: 2008-03-13
• [学会発表] Photonic characteristics of nanocrystalline porous silicon treated by high-pressure water vapor annealing. (2008)
  • 著者名/発表者名: B. Gelloz and N. Koshida
  • 学会等名: Int. Conf. On Porous Semiconductors Science and Technology
  • 発表場所: Mallorca, Spain
  • 年月日: 2008-03-12
• [学会発表] Porous silicon technology as a nanodevice platform(Invited) (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Koshida
  • 学会等名: Int Conf. On porous Semiconductors Science and Technology
  • 発表場所: Mallorca, Spain
  • 年月日: 2008-03-11
• [学会発表] Low voltage and high speed operation of 640X480 pixel active-matrix HEED (high-efficiency eleetron emission device) array for HARP image sensor. (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Okuda et. al.
  • 学会等名: Int. Display Workshop
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2007-12-06
• [学会発表] Improved photoconduction effects of nanometer-sized Si dot multilayers. (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirano, S. Yamazaki and N. Koshida
  • 学会等名: Int. Conf. on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 2007-09-21
• [学会発表] Light-emissive nonvolatile memory based on nanocrystalline porous Si. (2007)
  • 著者名/発表者名: B. Gelloz, Y. Yoshida, N. Koshida
  • 学会等名: 4th IEEE Int. Conf. on Group IV Photonics
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2007-09-20
• [学会発表] Cavity effect in nanocrystalline porous silicon ballistic lighting device. (2007)
  • 著者名/発表者名: B. Gelloz, M. Sato, and N. Koshida
  • 学会等名: Int. Conf. on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 2007-09-19
• [学会発表] Photonic and related device applications of nano-crystalline silicon(Invited.) (2007)
  • 著者名/発表者名: Koshida and B. Gelloz
  • 学会等名: SPIE Optics East
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2007-09-12
• [学会発表] Characteristics of nanosilicon ballistic cathode in liquids as an active electrode. (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Ohta, B. Gelloz, and N. Koshida
  • 学会等名: Int. Vacuum Nanoelectronics Conf.
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 2007-07-11
• [学会発表] Development of a super-high sensitive image sensor using 640x480 pixel active-matrix high-efficency electrion emission device (Invited). (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Negishi et. al.
  • 学会等名: Int. Vacuum Nanoelectronics Conf.
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 2007-07-11
• [学会発表] Functional Devices Based on Quantum-sized Nanosilicon(Invited), , , (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Koshida and B. Gelloz
  • 学会等名: 2007 Asia-Pasific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices
  • 発表場所: Gyeongiu, Korea
  • 年月日: 2007-06-25
• [学会発表] Polarization memory blue red luminescence from nanocrystalline porous silicon treated by high-pressure water vapor annealing. (2007)
  • 著者名/発表者名: B. Gelloz, H. Koyama, and N. Koshida
  • 学会等名: 5th Int. Conf. on Silicon Epitaxy and Heterostructures
  • 発表場所: Marseille, France
  • 年月日: 2007-05-24
• [学会発表] Photonic, electronic, acoustic based on nanocrystalline silicon(Invited). (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Koshida and B. Gelloz
  • 学会等名: Int. Conf. on Optical, Optoelectronic and Photonic Mater. and Applications
  • 発表場所: London, UK
  • 年月日: 2007-04-30
• [学会発表] ナノクリスタルSi発光デバイスの展望(招待). (2007)
  • 著者名/発表者名: 越田, 信義
  • 学会等名: 応用物理学会結晶工学分科会第126回研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2007-04-26
• [図書] Luminescence and related properties of nanocrystalline porous silicon, in"Semiconductor Quantum Structures" (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Koshida
  • 総ページ数: 121-136
  • 出版者: Springer-Verlag, Berlin
• [図書] 『ナノ蛍光体の開発と応用』3-1節"Siナノ蛍光体" (2007)
  • 著者名/発表者名: 越田信義
  • 総ページ数: 127-135
  • 出版者: シーエムシー、東京
• [備考]
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~koslab/