Si骨格次元を制御したポリシランを前駆体として形成したa-Si薄膜の光・電子特性

使用具有受控硅骨架尺寸的聚硅烷作为前驱体形成的非晶硅薄膜的光学和电子特性

• 批准号: 05750794
• 负责人: 渡辺 明
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750794/
• 关键词: ポリシラン; ネットワークポリシラン; ポリシリン; アモリファスシリコン; 前駆体

ポリシランは、主鎖がSi-Si結合のみからなり側鎖に有機置換基を有するsigma共役系有機金属ポリマーであり、Si骨格次元で比較した場合、結晶性シリコンやアモルファスシリコン(3次元系)に対する1次元シリコンモデルであると見なすことができる。本研究では、Si骨格次元を制御したポリシランを合成し、さらにそれらを前駆体としたa-Siなどの半導体薄膜形成を目的とした研究を行った。ポリシランの合成は、ジクロロオルガノシランとトリクロロオルガノシランの共重合により行った。これにより、直鎖ポリシラン、分枝ポリシラン、さらにネットワークポリシランへと、Si骨格次元が制御されたポリシランを得ることができた。吸収スペクトルおよび発光スペクトルの結果から、Si骨格次元の増加に伴うsigma共役性の向上による、スペクトルのブロードニングおよび長波長シフトが観測された。また、シリコンネットワーク構造の形成による、光および熱安定性の向上が示された。シリコンネットワーク構造を有するポリ(n-プロピルシリン)薄膜を前駆体として、その熱処理によるa-Si薄膜の形成を行った。ポリ(n-プロピルシリン)の熱処理過程における赤外スペクトルの観測からは、400℃での側鎖プムピル基の消失が示された。吸収スペクトルからは、薄膜の熱処理に伴うバンドギャップの減少(400oCまでの加熱で3.0eVから1.2eVに減少)が観測された。遠赤外スペクトルの観測においては、アモルファスシリコン類似のSi骨格の形成が示された。これは、有機金属ポリマー前駆体法による新しいシリコン系半導体薄膜形成プロセスの可能性を示唆するものである。

聚硅烷是一种σ共轭有机金属聚合物，其主链仅由Si-Si键组成，侧链上有有机取代基，与Si骨架尺寸相比，对结晶硅和非晶硅（三维系统）。它可以被认为是一维硅模型。在这项研究中，我们合成了具有受控Si骨架尺寸的聚硅烷，并进行了旨在使用这些聚硅烷作为前体形成半导体薄膜（例如a-Si）的研究。由二氯有机硅烷和三氯有机硅烷共聚合成聚硅烷。因此，我们能够获得硅骨架尺寸受控的聚硅烷，包括线性聚硅烷、支化聚硅烷，甚至网络聚硅烷。从吸收和发射光谱的结果来看，随着Si骨架尺寸的增加，由于西格玛共轭的改善，观察到光谱展宽和更长的波长偏移。研究还表明，硅网络结构的形成提高了光学和热稳定性。使用具有硅网状结构的聚(正丙基硅)薄膜作为前驱体，通过热处理形成a-Si薄膜。聚正丙基硅烷热处理过程中的红外光谱观察表明，侧链pumupyl基团在400℃时消失。从吸收光谱中可以看出，随着薄膜的热处理，带隙减小（加热至 400oC 时从 3.0eV 降至 1.2eV）。远红外光谱观察显示形成了类似于非晶硅的Si骨架。这表明使用有机金属聚合物前驱体方法形成新的硅基半导体薄膜工艺的可能性。

项目成果

A.Watanabe: "Amorphous silicon structure of heat-treated poly(n-propylsilyne)studied by far-infrared spectroscopy" Chem.Phys.Lett.207. 2111-2116 (1993)

A.Watanabe：“通过远红外光谱研究热处理聚（正丙基甲硅烷）的非晶硅结构”Chem.Phys.Lett.207。