エコ・エレクトロニクス材料β-FeSi_2単結晶の育成と高感度赤外検出器への応用

生态电子材料β-FeSi_2单晶的生长及其在高灵敏红外探测器中的应用

• 批准号: 14750224
• 负责人: 鵜殿 治彦
• 金额: $ 2.62万
• 依托单位: Ibaraki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750224/
• 关键词: β-Fesi_2; 半導体鉄シリサイド; 単結晶; 間接遷移; 電子構造; キャリア濃度制御; フォトルミネッセンス; ホモエピタキシー; β-FeSi_2単結晶; 溶液成長法; 光学的特性; 電気的特性; Ga溶媒; Sn溶媒; 不純物ドーピング; 近赤外受発光素子

半導体鉄シリサイド,β-FeSi_2,単結晶の成長条件を検討しより大型の結晶を得ることに成功した。更に,実際に研磨を行いβ-FeSi_2基板を作製し,MBE成長を行った。この結果,β-FeSi_2基板上にホモエピタキシャル膜を成膜できたが,その膜の結晶性,キャリア濃度制御の問題について課題が残った。このため,良好なpn接合特性を得るまでには至らなかった。また,結晶のキャリア濃度の制御を試み,Zn溶媒を用いて低キャリア濃度で比較的大型のβ-FeSi_2結晶を作製できた。この結晶を用いてこれまで以上にβ-FeSi_2の光学的特性について明らかにすることが出来た。これら主な研究成果の詳細は下記の通りである。1.β-FeSi_2単結晶を研磨し,弗化水素酸,及びフッ硝酸でエッチングすることで明瞭なRHEEDパターンを確認し,成長基板として利用することが可能になった。2.p型のβ-FeSi_2単結晶基板上に厚さ100nm程度のβ-FeSi_2膜を作製することに成功した。3.β-FeSi_2基板上の成長ではSi基板上に成長する場合と異なり,基板側からのSiの供給または吸い出しが無いために分子線の蒸発量比Fe/Siが成膜に非常に大きく影響することを確認した。今回の実験で膜のキャリア濃度制御及び伝導型制御が困難だったのはこの影響が大きいと考える。4.成長アンプル系,温度勾配を見直すことで,より短時間に大型の結晶を育成できるようになった。5.Zn溶媒からも数ミリサイズ角の単結晶を育成できるようになり,バルク単結晶から初めてフォトルミネッセンス発光を確認した.6.β-FeSi_2の光吸収特性を調べ直接遷移端,間接遷移端の温度依存性を明らかにした。7.偏光反射測定を行い各方位(a//E,b//E,c//E)の反射スペクトルを初めて明確にし,FLAPWを用いた電子構造計算結果から得られる反射スペクトルの情報が実験結果と良く一致することを明らかにした。

The growth conditions of semiconductor FeSi_2 crystals were investigated successfully. In addition, the β-FeSi_2 substrate was fabricated and MBE growth was carried out in the process of grinding. As a result, the problem of film formation on β-FeSi_2 substrate, film crystallinity and concentration control remains. Good bonding characteristics are obtained. In addition, the preparation of large β-FeSi_2 crystals with low concentration of Zn solvent was studied. The optical properties of β-FeSi_2 crystals are discussed in detail. The main research results are detailed below. 1.β-FeSi_2 single crystal grinding, non-aqueous nitric acid, and nitric acid, and confirm that RHEED is available for growth of substrates. 2. β-FeSi_2 films with a thickness of about 100nm were successfully fabricated on p-type β-FeSi_2 single crystal substrates. 3. The growth of β-FeSi_2 on Si substrate is different from that on Si substrate. The Si supply on substrate side is different from that on Fe/Si substrate. In the present case, the concentration control and the conductivity control of the membrane are difficult to determine. 4. The growth rate is very high, and the temperature is very high. 5. The growth of single crystals in Zn solvent was investigated. 6. The optical absorption characteristics of β-FeSi_2 were modified with temperature dependence at the direct and indirect transfer ends. 7. Polarized reflection measurements in all directions (a//E,b//E,c//E) of the reflection spectrum at the beginning of a clear,FLAPW use in the electronic structure calculation results obtained from the reflection spectrum information and good agreement between the results.

项目成果

Haruhiko Udono 他3名: "Control of Ga doping level in β-FeSi_2 using Sn-Ga solvent"Materials Science in Semiconductor Processing. 6/5-6. 413-416 (2004)

Haruhiko Udono 等 3 人：“使用 Sn-Ga 溶剂控制 β-FeSi_2 中的 Ga 掺杂水平”，半导体加工材料科学 6/5-6 (2004)。

松村和剛他3名: "Sn溶媒からのベータ鉄シリサイド結晶成長とその電気的特性評価"平成14年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会講演予稿集. 19-20 (2002)

Kazutaka Matsumura等3人：“Sn溶剂中β-硅化铁晶体的生长及其电性能的评估”2002年日本电气工程师学会东京分会茨城分会研究报告会议论文集19-20（2002年）。

Haruhiko Udono 他5名: "Optical properties of β-FeSi_2 single crystals grown from so solutions"Thin Solid Films. (in press).

Haruhiko Udono 和其他 5 人：“从溶液中生长的 β-FeSi_2 单晶的光学特性”固体薄膜（正在出版）。

Haruhiko Udono他2名: "Crystal growth of β-FeSi_2 by temperature gradient solution growth method using Zn solvent"J.Crystal Growth. Vol.237-239. 1971-1975 (2002)

Haruhiko Udono 等人 2：“使用 Zn 溶剂的温度梯度溶液生长法进行晶体生长”J.Crystal Growth 第 237-239 卷（2002 年）。