イオン注入による絶縁体中での半導体,金属超微粒子の生成とその物性

离子注入绝缘体中超细半导体和金属颗粒的生成及其物理性质

• 批准号: 06740250
• 负责人: 岩山 勉
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Aichi University of Education
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06740250/
• 关键词: イオン注入; シリコン微結晶; ナノサイズシリコン; 可視発光; 量子サイズ効果; 二酸化シリコン

高エネルギー物質流であるイオンビームを用い、シリコンイオン注入による二酸化シリコン中でのシリコン超微粒子の形成、さらにはその可視領域での発光の可能性を詳細に調べた。発光スペクトルの測定を行った結果、シリコンイオン注入直後の試料において2.0eV近傍(2.0eV発光帯)に発光が測定されることを見いだした。この2.0eV発光帯の注入量および注入時の基板温度依存性を測定した。その結果、発光のピークエネルギーが、注入量の増加、また注入時の基板温度の上昇とともに低エネルギー側へシフトすることがわかった。さらに、電子スピン共鳴(ESR)測定からこの発光帯は注入時に生成したE'中心(酸素空孔)の熱処理による消滅と平行に消滅し、600℃での熱処理により完全に消滅することがわかった。これらの結果からこの発光はシリコン微結晶に起因するものではなく、シリコンイオン注入により生成した局所的にシリコン過剰なSiO_x(0<x<2)中での電子-正孔再結合によること、さらにxの値の変化により発光のピークエネルギーがシフトすることを明らかにした。さらに研究の主目的であるシリコン微結晶を二酸化シリコン中に析出させるため、初期的に形成されたSiO_x層が不安定となる温度まで、さらに高温で熱処理を行った。光吸収測定、透過電子顕微鏡観察、およびラマン散乱測定により1100℃での熱処理前には存在しないシリコン微結晶が、相分離反応の進行にともない二酸化シリコン中に形成されることがわかった。さらに、シリコン微結晶の形成にともない1.7eV近傍(1.7eV発光帯)に発光が観測されることを見いだした。この1.7eV発光帯の注入量および注入時の基板温度依存性を測定した。その結果、発光のピークエネルギーは、注入量、注入時の基板温度、さらには熱処理時間に依存しないことがわかった。また、この発光帯の発光強度の熱処理時間依存性の測定を行った。その結果、発光強度は注入条件によらず、熱処理時間の増加とともにはじめは増加し、またその後処理時間の増加により減少することがわかった。発光のスペクトルの励起波長依存性を調べた結果、励起エネルギーを変化させても発光スペクトルの形状は変化しないことがわかった。さらに、この発光の励起スペクトルの測定を行った。その結果、発光強度は励起エネルギーの増加にともなって増加することがわかった。また、この励起エネルギーの増加にともなう発光強度の増加が、短時間熱処理した試料では高エネルギー側でより顕著であり、また長時間熱処理した試料では高エネルギー側で発光強度の飽和傾向が観測されることがわかった。これらの結果から、量子サイズ効果によりバンドギャップが広がったナノサイズシリコン微結晶がフォトンを吸収し、生成した電子-正孔対がナノサイズシリコン微結晶と二酸化シリコンの界面部位で再結合し、1.7eV近傍の発光を誘起することが明らかになった。さらに、3-4nm程度の比較的限られたサイズのシリコン微結晶のみがこの発光に寄与することがわかった。

The possibility of ultra-fine particle formation in high temperature and high temperature material flow, light emission in visible field, and light emission in high temperature and high temperature are carefully adjusted. The results of the emission measurement are as follows: 1. The emission measurement is performed in the sample near 2.0eV (2.0eV emission band) after injection. The injection amount of the 2.0eV emission band and the substrate temperature dependence at the time of injection were measured. As a result, light emission increases, injection volume increases, and substrate temperature increases during injection. In addition, electron resonance (ESR) measurements were performed to determine the emission band, the formation of E'centers (acid voids) during injection, and the parallel elimination during heat treatment at 600℃. As a result of this, the emission of light from the micro-crystal is caused by the injection of light from the electron-positive hole recombination in SiO_x(0<x<2). The main purpose of this study is to study the formation of SiO_x layer in the early stage of crystallization, temperature and heat treatment. Optical absorption measurement, transmission electron microscopy, scattering measurement, existence of microcrystals before heat treatment at 1100℃, phase separation and reaction, formation of microcrystals before heat treatment at 1100℃In the near 1.7eV (1.7eV emission band) range, the emission of microcrystals was measured. The injection amount of the 1.7eV emission band and the substrate temperature dependence at the time of injection were measured. The results, emission, injection amount, substrate temperature at the time of injection, and heat treatment time depend on each other. The determination of the dependence of the luminous intensity of the luminous band on the heat treatment time was carried out. The result is that the light intensity increases, the heat treatment time increases, and the post-treatment time decreases The excitation wavelength dependence of the light emitting element is modulated, and the excitation wavelength is changed to the shape of the light emitting element. The measurement of the excitation and emission of light. As a result, the intensity of light emitted from the lamp increased. The increase in the intensity of light emission due to excitation, the increase in the intensity of light emission due to short-term heat treatment, and the saturation tendency of light emission due to long-term heat treatment. As a result, the quantum structure of the micro-crystal was absorbed, and the electron-positive pore pair was generated. The interface of the micro-crystal was recombined, and the emission of light near 1.7eV was induced. A comparative limit of 3-4nm is set for the transmission of light from the microcrystals.

项目成果

Tsutomu S.Iwayama: "Silicon nano particles formation in sit-implanted thermal oxide films and visible photoluminescence behavior" Jpn.J.Appl.Phys. Suppl.34-1. 86-88 (1995)

Tsutomu S.Iwayama：“静置热氧化膜中硅纳米颗粒的形成和可见光致发光行为”Jpn.J.Appl.Phys。

Tsutomu S.Iwayama: "Visible photoluminescence in Si^+-implanted thermal oxide tilms on crystallinesi" Appl.Phys.Left.65. 1814-1816 (1994)

Tsutomu S.Iwayama：“晶体上硅注入热氧化物薄膜中的可见光致发光”Appl.Phys.Left.65。

Tsutomu S.Iwayama: "Visible photoluminescenue in Sit-implanted silica glass" J,Appl.Phys.75. 7779-7783 (1994)

Tsutomu S.Iwayama：“现场注入石英玻璃中的可见光致发光”J，Appl.Phys.75。

Tsutomu S.Iwayama: "Photoluminescence from nano-particles of silicon embedded in amorphous silicon dioxide matrix" J.Phys.:Condens.Matter. 6. L601-606 (1994)

Tsutomu S.Iwayama：“嵌入非晶二氧化硅基质中的硅纳米颗粒的光致发光”J.Phys.:Condens.Matter。

Tsutomu S.Iwayama: "Correlation of microstructure and photoluminescence for nano-meter-sized Si crystals formed in Sio_2" Nanostructured Materials. (in press).

Tsutomu S.Iwayama：“Sio_2 中形成的纳米尺寸硅晶体的微观结构和光致发光的相关性”纳米结构材料。