イオン注入による二酸化シリコン中のナノサイズシリコン微結晶の形成とその物性

离子注入二氧化硅纳米硅微晶的形成及其物理性质

• 批准号: 07740254
• 负责人: 岩山 勉
• 金额: $ 0.7万
• 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: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07740254/
• 关键词: イオン注入; シリコン; 超微粒子; 二酸化シリコン; ナノサイズ

本研究はシリコンイオンを二酸化シリコン(シリカガラスおよびシリコン基板上の熱酸化膜)に注入後、高温で熱処理することによりシリコン超微粒子を二酸化シリコン中に形成し、それにともない観測される可視領域(1.7eV近傍)の発光帯についてその発光機構の詳細を解明することを目的とした。イオン注入直後の試料の発光スペクトルを測定した場合、2.0eV近傍(2.0eV発光帯)に発光が観測されるが、この発光はシリコン微結晶に起因するものではなく、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がわかっている。本研究の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(1100℃)で熱処理を行った。光吸収測定、ならびに透過電子顕微鏡観察により熱処理前には存在しないシリコン微結晶が高温熱処理により二酸化シリコン中に形成され、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。この発光帯の注入量および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、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。さらに、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が、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。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。

This study は シ リ コ ン イ オ ン を two acidification シ リ コ ン (シ リ カ ガ ラ ス お よ び シ リ コ ン substrate の hot acidification film) に after injection, high temperature thermal 処 で す る こ と に よ り シ リ コ ン superfine particles を acidification シ リ コ ン に forming し, そ れ に と も な い 観 measuring さ れ る visual field near alongside (1.7 eV) の 発 light 帯 に つ い て そ の 発 light machine Structure: detailed を explanation of する とを とを purpose: と た た イ オ ン injection straight after の sample の 発 light ス ペ ク ト ル を determination し た occasions, nearly 2.0 eV alongside 発 帯 light (2.0 eV) に 発 light が 観 measuring さ れ る が, こ の 発 light は シ リ コ ン micro crystal に cause す る も の で は な く, イ オ ン injection に よ り generated し た bureau of に シ リ コ ン before turning な SiO_x (0 < x < 2) で の electronic - is Kong further combined による って とがわ って って る. Purpose の this study で あ る シ リ コ ン micro crystal を two acidification シ リ コ ン に in precipitation さ せ る た め, initial に formation さ れ た SiO_x layer が unrest と な る temperature (1100 ℃) heat で 処 Richard を line っ た. Light absorption 収 determination, な ら び に through electronic 顕 micromirror 観 examine に よ り hot 処 before Daniel に は exist し な い シ リ コ ン micro crystal が high-temperature heat 処 Richard に よ り two acidification シ リ コ ン に forming さ れ, nearly 1.7 eV alongside 発 帯 light (1.7 eV) に 発 light が 観 measuring さ れ る こ と を see い だ し た. Determination of the flow injection volume of the <s:1> optical emission band および substrate temperature dependence を た た. そ の results, 発 light の ピ ー ク エ ネ ル ギ ー は, injection rate, injection の substrate temperature, さ ら に は hot に 処 manage time dependent し な い こ と が わ か っ た. ま た, 発 light intensity は injection に よ ら ず, hot 処 time の raised と と も に は じ め は raised し, ま た そ の 処 manage time の raised after add に よ り reduce す る こ と が わ か っ た. さ ら に, excitation エ ネ ル ギ ー を variations change さ せ て も 発 light ス ペ ク ト ル の shape は variations change し な い が, 発 light intensity は wound up エ ネ ル ギ ー の raised plus に と も な っ て raised plus す る こ と が わ か っ た. こ れ ら の results か ら, quantum サ イ ズ unseen fruit に よ り バ ン ド ギ ャ ッ プ が hiroo が っ た ナ ノ サ イ ズ シ リ コ ン micro crystal が フ ォ ト ン を suction 収 し, generate し た electronic - hole is が seaborne ナ ノ サ イ ズ シ リ コ ン micro crystal と two acidification シ リ コ ン の で interface parts combining し, nearly 1.7 eV alongside の 発 を light induced す る こ と が Ming ら か に な っ た . さ ら に, 3-4 nm の limited comparative ら れ た サ イ ズ の シ リ コ ン micro crystal の み が こ の 発 に send light and す る こ と が わ か っ た.

项目成果

T.S.Iwayama: "Formation of visible photoluminescence bands in Si^+-implanted silica glasses and thermal oxide films on crystalline Si" J. Non-cryst. Solids. 187. 112-118 (1995)

T.S.Iwayama：“在硅注入硅玻璃和晶体硅上的热氧化膜中形成可见光致发光带”J.非晶体。

T.S.Iwayama: "Novel approach for symthesizing of nano-Si crystals by ion implantation and their optical characterization" Thin Solid Films. (in press).

T.S.Iwayama：“通过离子注入合成纳米硅晶体的新方法及其光学表征”固体薄膜。

T.S.Iwayama: "Correlation of microstructure and photoluminescence for nano-Si formed in an amorphous SiO_2 matrix by ion implantation" Nanostruct. Mater.5. 307-318 (1995)

T.S.Iwayama：“通过离子注入在非晶 SiO_2 基质中形成的纳米硅的微观结构和光致发光的相关性”Nanostruct。

T.S.Iwayama: "Visible photoluminescence from silicon nanocrystals formed in SiO_2 by ion implantation and thermal processing" Nucl. Instrum. Methods B. (in press).

T.S.Iwayama：“通过离子注入和热处理在 SiO_2 中形成的硅纳米晶体的可见光致发光”Nucl。

T.S.Iwayama: "Luminescent nanometer-sized Si crystals formed in SiO_2 by ion implantation and annealing" MRS Symposium Proceedings. 388. 253-257 (1995)

T.S.Iwayama：“通过离子注入和退火在 SiO_2 中形成发光纳米尺寸的 Si 晶体”MRS 研讨会论文集。