Electronic structures beneath IV semiconductor surfaces probed by photoelectron and luminescence spectroscopies

通过光电子和发光光谱探测 IV 半导体表面下的电子结构

• 批准号: 22K04926
• 负责人: 武田 さくら
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04926/
• 关键词: 空間電荷層; 電子状態; p型反転層; 角度分解光電子分光; カソードルミネッセンス; 発光分光; Si(111); Si(001); 光電子分光; 量子化

空間電荷層を形成する10nm程度の厚さの半導体表面直下領域は電界効果トランジスタの要であり、また低次元電子系を研究する舞台として重要である。反転層内の電子状態は、第一原理計算で取り扱うことが極めて困難であり、これまで近似的に計算する手法はあったものの、精密な電子状態は明らかでなかった。本課題では、上述のようにこれまで未開拓の領域であった半導体表面直下領域に着目し、この領域に存在する特殊な電子状態を実験的に明らかにし、精密なモデルを構築することを目的とした研究を行っている。初年度は、これまでに手掛けてきたSi(111)表面直下p型反転層に加え、Si(001)表面直下p型反転層についても、角度分解光電子分光で得られた価電子バンド分散の量子準位を満たす反転層ポテンシャルの探索を通じ、表面直下でバンド湾曲が平坦になっていることを見出した。これは、Si(111)同様、表面直下に価電子の量子化によって胃生じる負電荷蓄積のためとして説明することが可能であり、ナノ構造では価電子内のキャリアをホール描像で捉えることができないことを示している。この成果をもとに本研究結果を取り入れた空間電荷層の電子状態の新しいモデル構築を行うことが可能となると考えられる。また、本課題が目的の一つに掲げる、伝導帯の情報を得るための電子励起発光分光については、まず試料とレンズの位置調整をシリコンの高温発光検出を通じて行う手法を確立した。得られた実験結果から、通説として知られてきたシリコン通電加熱に用いる電流と、シリコン温度が両対数グラフで直線となる関係が、350℃の低温領域まで適応されることを見出した。

Space charge layer を form す る 10 nm thick degree の さ の way down the semiconductor surface area は electricity industry working fruit ト ラ ン ジ ス タ の to で あ り, ま た low dimensional an electronics を research す る stage と し て important で あ る. は の electronic state in the planning layer, calculation of the first principle of で り Cha う こ と が extremely め て difficult で あ り, こ れ ま で approximate に computing す る gimmick は あ っ た も の の, precision な electronic state は Ming ら か で な か っ た. This topic で は, the above の よ う に こ れ ま で not の field で あ っ た に straight under the field the semiconductor surface mesh し, こ に の field exist す る special な electronic state を be 験 に Ming ら か に し, precision な モ デ ル を build す る こ と を purpose と し た を line っ て い る. Early annual は, こ れ ま で に hands hang け て き た Si (111) surface with p type planning layer に え, Si (001) surface with p type planning layer に つ い て も, Angle decomposition photoelectron spectral で ら れ た 価 electronic バ ン ド scattered の quasi quantum bit を against た す planning layer ポ テ ン シ ャ ル の explore を じ, surface straight down で バ ン ド bay qu が flat に な Youdaoplaceholder0 って る る とを とを see た. こ れ は, Si (111) with others, surface under direct に 価 electronic の quantization に よ っ て stomach raw じ る negative charge accumulation の た め と し て illustrate す る こ と が may で あ り, ナ ノ tectonic で は 価 within the electronic の キ ャ リ ア を ホ ー ル stroke like で catch え る こ と が で き な い こ と を shown し て い る. こ の results を も と に this study を take り れ た space charge layer の electronic state の new し い モ デ ル line build を う こ と が may と な る と exam え ら れ る. ま た, the purpose of this topic が の つ に first white jasmines げ る, 伝 帯 の intelligence を る た め の 発 since electronic excitation light spectral に つ い て は, ま ず sample と レ ン ズ の position adjustment を シ リ コ ン の high-temperature 発 検 out を light flux じ て line う gimmick を establish し た. Results have ら れ た be 験 か ら, said と し て know ら れ て き た シ リ コ ン electrify heats に with い る current と, シ リ コ ン temperature が struck several polices グ ラ フ で linear と な る masato が, 350 ℃ の low temperature field ま で optimum 応 さ れ る こ と を show the し た.

项目成果

Si(111) p型空間電荷層のバンド湾曲形状の価電子量子化による平坦化

价电子量子化平坦化Si(111) p型空间电荷层的能带曲率

• 发表时间: 2023
• 作者: 武田 さくら;Nur Idayu Ayob;大門 寛;稲垣 剛
• 通讯作者: 稲垣 剛

発光分光で求めた 300°C～500°Cにおける Si の加熱電流と温度の関係

通过发射光谱测定硅在 300°C 至 500°C 时加热电流与温度的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: 奥村 勇斗;市川 涼太;武田 さくら
• 通讯作者: 武田 さくら

Quantized carriers in a small world

小世界中的量化载体

発光分光で求めた300℃?500℃におけるSiの加熱電流と温度の関係

通过发射光谱测定Si加热电流与300°C至500°C温度之间的关系

• 发表时间: 2023
• 作者: 奥村 勇斗;市川 涼太;武田 さくら
• 通讯作者: 武田 さくら

探索的に見出した極狭 Si(001)p 型反転送の実測サブバンド準位を満たすポテンシャル形状

探索性研究发现满足超窄Si(001)p型反转移子带测量水平的势形状

• 发表时间: 2022
• 作者: 市川 涼太;奥村 勇斗;比嘉 友大;湯川 龍;坂本 一之;筒井 一生;武田 さくら
• 通讯作者: 武田 さくら