光学的手法によるナノスケールシリコン結晶中の不純物の電子状態に関する研究

利用光学方法研究纳米硅晶体中杂质的电子态

基本信息

批准号：
19026011
负责人：
藤井稔
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19026011/
关键词：
シリコンナノ結晶不純物

项目摘要

量子サイズ効果が顕著にあらわれるサイズ領域の半導体に不純物をドーピングすると、その振る舞いはバルク結晶にドーピングしたものと大きく異なる。特に、ドナー、アクセプターのイオン化エネルギーの増大等の本質的な変化が顕著に現れる。本研究は、ボトムアップ方式により不純物をドーピングしたシリコンナノ結晶を作成し、シリコンナノ結晶中の不純物原子の電子状態について基礎的な情報を得ることを目的とする。本研究が対象とするサイズ領域では電気的な評価が非常に困難であるため、光(電磁波)を用いた研究が重要になる。本年度は不純物をドーピングしたシリコンナノ結晶の電子スピン共鳴(ESR)測定よりその電子状態について知見を得ることを目的に研究を行った。その結果,以下のことが明らかになった。(1)シリコンナノ結晶では、不純物濃度が非常に高い状況においても、ESRの温度依存性はCurie則に従う。これは、シリコンナノ結晶が縮退半導体にならないことを示唆している。(2)P,B同時ドーピングシリコンナノ結晶のESRの線幅は単独ドーピングの場合に比べて広い。特に、キャリアが補償されているであろう状況において最大となる。これは、n型とp型の不純物をドーピングしたシリコンナノ結晶においては、キャリアが強く局在することを示唆している。これには、不純物の静電場による局在と量子閉じ込め効果による局在の両方が関与していると考えられる。(3)この強い局在が、室温におけるD-Aペアの強い発光の起源であると考えられる。

当在量子尺寸效应明显的尺寸区域中将杂质掺杂到半导体中时，其行为与掺杂块状晶体时的行为有很大不同。特别是，诸如供体和受体电离能增加之类的基本变化是引人注目的。本研究的目的是采用自下而上的方法制造掺杂杂质的硅纳米晶，并获得硅纳米晶中杂质原子电子态的基本信息。由于在本研究的目标尺寸范围内进行电学评估极其困难，因此使用光（电磁波）的研究很重要。今年，我们进行了研究，目的是通过电子自旋共振（ESR）测量来了解掺杂杂质的硅纳米晶体的电子态。结果，澄清了以下事项。 (1) 在硅纳米晶中，即使在极高的杂质浓度下，ESR 的温度依赖性也遵循居里定律。这表明硅纳米晶体不会变成简并半导体。 (2)P、B共掺杂硅纳米晶的ESR线宽比单掺杂宽。在承运人将得到补偿的情况下，它尤其是最大的。这表明载流子强烈集中在掺杂有 n 型和 p 型杂质的硅纳米晶体中。这被认为是由静电场引起的杂质局域化和量子限制效应引起的杂质局域化引起的。 (3)这种强局域化被认为是D-A对在室温下强发光的根源。