Synthesis of group IV clathrate and its application of optical devices as direct-transition semiconductor

IV族包合物的合成及其在直接跃迁半导体光学器件中的应用

基本信息

批准号：
21H01365
负责人：
久米徹二
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

Siリッチ組成クラスレート薄膜作製のための新しい装置開発を進め、真空下におけるNa蒸気と600℃の基板（Siまたは非晶質Si膜）を反応させ、それに続く400℃付近での熱処理を可能にした。特にNaの真空蒸着と背面からIRランプによる加熱を同時に行い、蒸着後加熱を続けながらシャッターにより試料を小さな空間に封じることを可能にしているのが特徴である。構築した装置により、いくつかの条件で試料の作製を試みた結果、部分的にSiクラスレートの合成を確認している。並行して、既存のクラスレート作製装置によりGeリッチ組成の試料作製を行い、XRD、ラマン散乱、SEMにより構造・組成の評価を行うと共に、可視紫外吸収分光、赤外吸収分光、電気伝導度測定により光物性、電子物性の解明を行った。その結果、Si含有率の増加に伴う吸収端の高エネルギーシフトがはっきりと観測され、Si/Ge組成によるバンドギャップ制御の可能性を示した。電気伝導度の温度依存性からは、残存するNaの量に応じて金属的から半導体的な性質へと変遷する様子が観測され、Naの存在がクラスレートの電子物性に大きな影響を与えていることが明らかになった。GeクラスレートへのAlの不純物ドーピングについて、引き続き試料作製と評価を行った。XPS、SEM-EDXの分析より、Alが試料表面にAl2O3として多く析出し、これが電気伝導性に影響を及ぼしていることが示唆された。また、クラスレートの結晶子サイズはAlの添加により減少しており、結晶化プロセスにAlが影響を与えていることが明らかになった。

我们一直在开发一种新的装置，用于制造富含Si的成分覆盖薄膜，并在600°C下与底物（SI或无定形SI膜）在真空下反应Na蒸气，从而使在400°C左右进行热处理。尤其是，其特征是，使用红外灯使Na和从背部加热的真空沉积，从而使样品在小型空间中用快门密封，同时在沉积后继续加热。标本是在几个条件下使用构造装置制备的，并部分确认了Si lathrate的合成。同时，使用现有的覆盖制造设备制备了具有富含GE的组合物的样品，并使用XRD，Raman散射和SEM评估结构和组成，并通过可见的紫外线吸收光谱，红外吸收光谱光谱和电导传导率测量来阐明光学特性和电子性能。结果，清楚地观察到了在吸收边缘的高能量转移，并伴随着Si/ge组成控制带隙控制的可能性。电导率的温度依赖性表明，根据其余NA的量，它从金属变为半导体性能，表明NA的存在对围墙的电子特性有重大影响。继续样品制备和评估，以将Al杂质掺入GE杂质中。对XPS和SEM-EDX的分析表明，AL在样品表面沉淀了大量的Al2O3，从而影响电导率。此外，通过添加Al可以减少覆盖物的结晶石大小，并且已经发现Al对结晶过程有影响。