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近赤外センサの開発

生态电子材料β-FeSi_2单晶的生长及高灵敏近红外传感器的研制

• 批准号: 16760243
• 负责人: 鵜殿 治彦
• 金额: $ 1.98万
• 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: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760243/
• 关键词: β-FeSi2; 半導体鉄シリサイド; 単結晶; MBE; ホモエピタキシー; 赤外センサ; 熱電能; キャリア濃度制御; 溶液成長; 光学特性; 吸収特性

昨年度の研究でβ-FeSi_2単結晶のキャリア濃度制御および結晶育成の大型化条件が得られたこと、およびMBE装置整備とβ-FeSi_2膜成長の基礎実験条件が整ったことから、当初の計画に沿ってβ-FeSi_2基板上へのホモエピタキシー実験を主として行った。β-FeSi_2基板表面クリーニング方法、成長条件などを実験によって詰めていった結果、β-FeSi_2単結晶基板上へのβ-FeSi_2薄膜のホモエピタキシーに世界で初めて成功した。この膜を使った受光感度特性の評価は現在進行中であるが、吸収係数が非常に高いため100nm程度の薄膜でも十分に近赤外光を検出できている。また、この他β-FeSi_2単結晶の熱電特性を室温から低温(10K)の間で評価した結果、溶液法で育成したβ-FeSi_2単結晶は、室温以下で非常に高い熱電能と熱電性能指数を示すことが明らかになり、サーモパイル型の赤外検出器としてより長波長でも高感度なセンサとして利用できる可能性を示した。これら研究成果の詳細は下記の通りである。1.Ga溶媒を用いて再現性よく大型の単結晶を育成することが可能になった。この単結晶からβ-FeSi_2(100),(110)基板を切り出し、研磨によって平坦な表面を得る条件を見いだした。更に、以前に見いだしていたHF:HNO_3:H_2Oエッチング液を用いて平坦でクリーンな基板表面を得る条件を見いだした。2.1.で得られたβ-FeSi_2基板上にMBE成長装置を用いてβ-FeSi_2膜のホモエピタキシーに成功した。この膜はSi基板上のヘテロエピタキシャル膜と比較して、格子不整合がないため平坦な界面と膜の均質性を有することが分かった。3.室温から10Kの範囲での熱電能を評価できるシステムを構築し、本研究で得た様々な特性のβ-FeSi_2バルク単結晶の熱電能を評価した。その結果、溶液法で育成した結晶は高い熱電能と電気伝導度を併せ持っており、優れた熱電性能指数を示すことを明らかにした。

In the last year's study, the conditions for the growth of β-FeSi_2 single crystals and the conditions for the growth of large crystals were obtained, and the basic conditions for the growth of β-FeSi_2 films were adjusted. The initial plan was to develop the conditions for the growth of β-FeSi_2 single crystals on β-FeSi_2 substrates. The surface modification method of β-FeSi_2 substrates, the results of the test under different growth conditions, and the development of β-FeSi_2 thin films on β-FeSi_2 single crystal substrates have become the first success in the world. The evaluation of the film's light-receiving sensitivity characteristics is in progress, and the absorption coefficient is very high. The film's absorption coefficient is very high. The thermoelectric properties of β-FeSi_2 single crystals were evaluated at room temperature and low temperature (10K). The results showed that β-FeSi_2 single crystals were grown by solution method, and the thermoelectric properties were very high below room temperature. The thermoelectric performance index showed that the thermoelectric properties of β-FeSi_2 single crystals were very high. The results of this research are detailed below. 1. Reproducibility of Ga solvent used in large-scale crystallization The conditions for obtaining the flat surface of β-FeSi_2(100),(110) substrates are discussed. In addition, the conditions for obtaining a flat substrate surface are described in detail in the previous paper. 2.1. The MBE growth apparatus for β-FeSi_2 films was successfully developed. The film is on the Si substrate. 3. The thermoelectric properties of β-FeSi_2 crystals obtained in this study were evaluated in the temperature range of 10K. The results of the solution method show that the crystal has high thermoelectric energy and electrical conductivity, and that the thermoelectric performance index is excellent.

项目成果

Solution growth of high quality p-type β-FeSi2 single crystals using Zn solvent

使用锌溶剂溶液生长高质量 p 型 β-FeSi2 单晶

• 发表时间: 2005
• 期刊: J.Crystal Growth (in press)
• 作者: 鷲見 勇紀;大宮 学;Haruhiko Udono;Yuki SUMI;H.Suzuki;K.Yamaguchi;K.Yamaguchi;鵜殿治彦;Haruhiko Udono他4名
• 通讯作者: Haruhiko Udono他4名

鉄シリサイドバルク成長と特性

硅化铁块体生长和特性

• 发表时间: 2005
• 期刊: 機能材料 25巻10号
• 作者: 鷲見 勇紀;大宮 学;Haruhiko Udono;Yuki SUMI;H.Suzuki;K.Yamaguchi;K.Yamaguchi;鵜殿治彦
• 通讯作者: 鵜殿治彦

Solution growth of n-type β-FeSi_2 single crystals using Ni-doped Zn solvent

Ni掺杂Zn溶剂溶液生长n型β-FeSi_2单晶

• 发表时间: 2006
• 期刊: J. Crystal Growth (掲載決定)
• 作者: 鷲見 勇紀;大宮 学;Haruhiko Udono
• 通讯作者: Haruhiko Udono

Solution growth of n-type β-FeSi2 single crystals using Sn solvent

Sn 溶剂溶液生长 n 型 β-FeSi2 单晶

• 发表时间: 2005
• 期刊: J.Crystal Growth (in press)
• 作者: 鷲見 勇紀;大宮 学;Haruhiko Udono;Yuki SUMI;H.Suzuki;K.Yamaguchi;K.Yamaguchi;鵜殿治彦;Haruhiko Udono他4名;Haruhiko Udono他3名
• 通讯作者: Haruhiko Udono他3名

Thermoelectric Properties of Solution Grown β-FeSi_2 Single Crystals

溶液生长β-FeSi_2单晶的热电性能

• 发表时间: 2006
• 期刊: Materials Transaction 47巻6号(掲載決定)
• 作者: 鷲見 勇紀;大宮 学;Haruhiko Udono;Yuki SUMI;H.Suzuki
• 通讯作者: H.Suzuki