フェムト秒顕微光熱変換分光法によるナノ半導体材料評価法の研究

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1) 半導体微結晶試料の作製と評価(A)ガラス中に分散したCdS微結晶の作製と評価 GeO_2とNaGeO_3のガラス原料に、1wt%のCdS半導体原料を混合・融解後、急冷して再熱処理する2段階プロセスによってCdS結晶分散したガラス試料を作製した。熱処理温度と時間の増加に伴い、光吸収端が低エネルギー側にシフトし、量子サイズ効果を反映するピークが不明瞭になることを判明した。光音響信号の立ち上がり勾配は熱処理温度の増加に伴い次第に急峻になっているのがわかる。これは熱処理温度を増加することによりガラス中のCdS微粒子の粒径分布が向上したためだと思われる。熱処理条件の変化によって、平均粒径は2nm-4nmのCdSナノ微粒子分散ガラス試料の作製に成功した。(B)ポーラスシリコンの作製と評価 HF溶液中においてp型シリコンを陽極化成することによって、ポーラスシリコンを作製した。電流密度は10mAで、HF濃度47%、暗所室温、化成時間は15分から60分まで行った。原子間力顕微鏡、電子顕微鏡、光音響分光法、蛍光スペクトルと蛍光励起スペクトル測定などを利用し、作製した試料の構造と光物性の変化について検討した。特に、透過型光音響法によって、ポーラスシリコンを基板から剥離させずにその熱物性に関する情報が得られた。2)フェムト秒顕微光熱変換分光法によるCdS_xSe_<1-x>微結晶試料の評価東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻・澤田研(共同研究)の超高速レンズ効果(ULE)測定法で異なる平均粒径(53nmから9.4nmまで)のCdS_xSe_<1-x>微結晶(x=0.26)試料を測定し、光励起後の無輻射緩和のダイナミクスについて検討した。ULE信号から、三つの緩和成分(時定数はそれぞれ約1ps、数10psと数100ps以上である)を観測できた。粒径の増加によって、速い成分は増加し、遅い成分は減少することを見出した。これは微粒子サイズ変化による光励起後の緩和過程プロセスの違いを示唆している。これらの緩和過程における3成分はそれぞれ光励起キャリアーの直接再結合、微粒子とガラス界面に局在する浅い準位と深い準位による緩和を反映すると思われる。