ＩＶ族化合物半導体ナノ結晶コロイドの開発とデバイス応用実証

IV族化合物半导体纳米晶胶体研制及器件应用示范

基本信息

批准号：
15J04138
负责人：
管野天
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04138/
关键词：
シリコン量子ドット発光ドーピングコロイドナノ結晶

项目摘要

近年進歩の著しい環境親和型半導体材料であるシリコン量子ドットコロイドについて、単一ドット発光分光測定による基礎物性の解明を行い、その応用展開に向けて多方面から研究を行った。1点目は不純物同時ドープシリコン量子ドットの単一ドット分光測定に世界で初めて成功し、その発光エネルギーと線幅の分布を評価することにより、不純物ドープシリコン量子ドットの発光特性が従来のシリコン量子ドットのものと大きく異なっていることを見出した。特に、低温における発光線幅が従来の量子ドットに比べて非常に大きいことから、発光メカニズムが大きく異なることが考えられる。発光スペクトルから見積もったHuang-Rhys因子は約2から5であり、ダイヤモンド結晶中のNVセンターと同等の値であることから、観測された線幅の広い発光は局在準位にトラップされた励起子からの発光である可能性が高い。2点目はシリコン量子ドットコロイドの高機能化に向けたアプローチとして、有機分子による表面修飾プロセスの開発を行った。官能基をナノ結晶表面に付与することでバイオ材料との複合体を容易に作製できることから、表面修飾はシリコン量子ドットコロイドの医療分野への応用に向けたファーストステップとして非常に重要である。具体的にはヒドロシリル化反応によりアリルアミンとアクリル酸を修飾することで、水分散性シリコン量子ドットコロイドを作製した。また、表面修飾後の発光特性について詳細に研究し、表面修飾による発光の劣化がほとんど無いプロセス条件を見出した。

通过单点发射光谱阐明了硅量子点胶体的基本特性，这是一种近年来的环境友好的半导体材料，它一直在显着发展，并从各个领域进行了研究以开发其应用。第一点是世界上第一个成功的杂质硅量子点的单点光谱，以及通过评估其发光能和线宽度的分布，我们发现，杂质掺杂硅量子点的发光特性与常规硅量子点的杂质硅量点有显着差异。特别是，由于与常规量子点相比，低温下的发射线宽度非常大，因此人们认为发射机制非常不同。从发射光谱估算的黄 - rhys因子约为2到5，相当于钻石晶体中的NV中心，因此观察到的宽线发射来自被困在局部水平的激子。第二点是使用有机分子来开发表面修饰过程，作为改善硅量子点胶体功能的方法。由于可以通过施加纳米晶表面来轻松制造官能团，因此表面修饰非常重要，这是将硅量子点胶体胶体应用于医疗领域的第一步。具体而言，通过氢化硅烷化反应修饰烯丙基和丙烯酸，产生了水分散的硅量子点胶体。此外，研究了表面修饰后的发光特性，并发现该过程条件在由于表面修饰而几乎没有发光下没有降低的情况下。

项目成果

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Atom Probe Tomography Analysis of Boron and/or Phosphorus Distribution in Doped Silicon Nanocrystals

DOI：
10.1021/acs.jpcc.6b06197
发表时间：
2016-08
期刊：
Journal of Physical Chemistry C
影响因子：
3.7
作者：
K. Nomoto;H. Sugimoto;A. Breen;A. Ceguerra;T. Kanno;S. Ringer;I. Wurfl;G. Conibeer;M. Fujii
通讯作者：
K. Nomoto;H. Sugimoto;A. Breen;A. Ceguerra;T. Kanno;S. Ringer;I. Wurfl;G. Conibeer;M. Fujii

Specific Binding of Codoped Silicon Nanocrystals on Self-Assembled Monolayer

共掺杂硅纳米晶在自组装单层上的特异性结合