半導体材料に対する高エネルギーイオン照射効果の「その場」測定

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380233
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 浅井 圭介 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60231859)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩井 岳夫 東京大学, 原子力研究総合センター, 助手 (30272529)
• Keywords: 高密度励起 / イオンビーム / 電子-正孔プラズマ / CdS / 拡散 / 時間分解発光スペクトル

Research Abstract

高エネルギーイオンによる高密度電子励起と、それに伴い誘起される、試料の局所的な構造変化については、これまでに多くの研究者による報告があるにも関わらず、その基礎過程については解明されていない。我々は、この問題に対し、励起された電子や正孔、あるいは励起子の輻射緩和による発光スペクトルを測定することにより、高密度に付与されたエネルギーのダイナミクスを「その場」で観察することに成功した。
今年度は、時間分解発光スペクトルの測定により、高密度励起状態のダイナミクスの解析を行った。単一のイオンが入射する時間を、イオンがCarbon foilを通過した際に放出される二次電子をMCPによって検出することによって同定し、イオン誘起発光が検出される時間との時間差を測定することにより、発光時間プロファイルを得た。これを、複数の発光波長で測定することによって、時間分解発光スペクトルを得た。
半導体であるCdSを試料として測定を行うと、220ps程度の輻射寿命をもった、電子-正孔プラズマのものと思われる発光帯が観測された。この発光帯の形状は、イオンによる励起密度によって変化した。この発光体の形状解析を行い、輻射緩和開始時での励起キャリア密度を同定することができた。各イオンによる励起によって得られたキャリア密度の比は、各イオンによる励起密度の比と非常によく一致した。このことから、本研究での解析手法が非常に妥当であることが裏付けられた。また、キャリア・フォノン相互作用を考慮した拡散モデルにより、実験結果を再現することに成功した。これらのことから、半導体中での局所高密度キャリアの空間挙動が、キャリア・フォノン相互作用を考慮することによって定量的に記述できることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] M.Koshimizu: "Measurement of the Local Temperature in an Ion Track Using Low-Dimensional Quantum Confinement Structure"Radiation Physics and Chemistry. 66. 35-38 (2003)
• [Publications] M.Koshimizu: "Observation of Local Heating in an Ion Track by Measuring the Ion-Induced Luminescence Spectrum"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 206. 57-60 (2003)
• [Publications] M.Koshimizu: "Time-resolved luminescence spectra of electron-hole plasma in ion-irradiated CdS"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 212. 376-380 (2003)