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アルカリ土類金属を用いた新しいシリコン系半導体の探探

使用碱土金属探索新型硅基半导体

基本信息

批准号：
15656003
负责人：
末益崇
金额：
$ 2.18万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

アルカリ土類金属シリサイドの一つである半導体BaSi_2は、禁制帯幅が約1.1eVであり、光吸収係数が結晶Siよりも約百倍大きいと予想されるため、新しい薄膜太陽電池材料として注目している。しかしながら、薄膜の成長条件やその物性は殆ど分かっていない。本研究では、Si(111)基板上に分子線エピタキシー法(MBE法)を用いてBaSi_2膜を形成し、エピタキシャル成長の条件を確立するとともに、BaSi_2薄膜の光学・電気特性を評価した。結晶成長の条件から、450度から750度の広い成長温度範囲にわたり、熱反応堆積法により形成した膜厚10nm程度のBaSi_2テンプレートを用いることで、[100]高配向のBaSi_2膜を形成できた。X線ピークの半値幅、表面の平坦性から、成長温度としては600度付近が最適であることが分かった。さらに、X線極点図測定から、Si(111)基板上に3回対称のマルチドメイン構造となって面内回転してBaSi_2が成長していることが分かった。電気特性を評価したところ、室温でn型を示し、キャリア密度は5×10^<15>cm^<-3>、移動度は820cm^2/Vsであった。次に、BaSi_2の格子定数を変調して、BaSi_2の禁制帯幅を制御するバンドエンジニアリングを目指すため、BaSi_2のBaの一部を等電子的なSrに置換した薄膜の成長を行った。MBE法によるBaSi_2薄膜の成長温度である600度にて成長を行ったところ、Si(111)基板上にBa_<1-x>Sr_xSi_2膜がエピタキシャルした。さらに、X線回折測定より、SrSi_2モル分率xが増加するにつれて、回折ピークが高角度側にシフトした。解析したところ、a軸の格子定数が線形に減少する結果が得られた。

The semiconductor BaSi_2 has an inhibition band of about 1.1 eV and an optical absorption coefficient of about 100 times larger than that of crystalline Si. The growth conditions and physical properties of thin films are different. In this study, we evaluated the optical and electrical properties of BaSi2 thin films on Si(111) substrates by molecular beam epitaxy (MBE) method. Crystal growth conditions range from 450 ° C to 750 ° C, and the thermal inversion deposition method is used to form BaSi_2 films with a thickness of about 10nm. X-ray half-amplitude, surface flatness, growth temperature close to 600 degrees, optimum temperature close to 600 degrees. X-ray pole-measurement on Si(111) substrate with 3-ring structure and in-plane polarization. Electrical characteristics: n-type, density: 5×10^<15>cm^<-3>, mobility: 820 cm^2/Vs In addition, the lattice number of BaSi_2 is adjusted, and the forbidden band amplitude of BaSi_2 is controlled. The growth temperature of BaSi_2 thin films by MBE method is 600 ℃<1-x>. In addition, X-ray reflection measurement, SrSi_2 fraction x increase, reflection, high angle side, high angle side. The analysis results in a linear reduction in the lattice number of the a-axis.