Development and Application of Bule Light-Emitting Nanocrystalline Si Materials
蓝光纳米晶硅材料的开发与应用
基本信息
- 批准号:08455152
- 负责人:
- 金额:$ 4.99万
- 依托单位:
- 依托单位国家:日本
- 项目类别:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
- 财政年份:1996
- 资助国家:日本
- 起止时间:1996 至 1997
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In Si nanostructures, quantum size effects are expected to give rise to new optical and electrical properties to replace present materials. The motivation of this study is to develop such new materials and new devices. Nanocrystalline Si (nc-Si) provides a way to fabricate Si into am scale. We have developed a successful process to fabricate nc-Si with controllable crystallite sizes and demonstrated a blue light emission from nc-Si at room temperature. Main results of this project are shown in bellow.(1).Size-dependent blue light emission from nc-SiSize control of Si nanocrystallites formed in a-Si matrix is achieved by using Er as a nucleation center. We have fabricated a series of nc-Si samples with size from 3 nm to 10 am. The smallest crystallite size was 2.7 nm, a Si dot including .-l000 atoms. The nc-Si layers are homogeneous both in the crystallite size and in the optoelectronic properties and show a blue emission band and a sharp peak at 1.54mum which is caused by intra-shell t … More ransitions in Er atoms up to room temperature. We showed that the blue emission shift to higher energies with decreasing size. The value of the shift is in good agreement with the absorption data and could be explained by a novel quantum size effect.(2).First evidence of quantum size effect in ne-SiBy controlling the nanocrystallite size of nc-Si, we demonstrated that both the absorption and reflection spectra of nc-Si shift to higher energy side with decreasing crystallite size. The shift was well explained by the quantum size effect which originates direct transitions in the indirect semiconductor Si. The nc-Si is a promising material with size-tunable optical and electronic properties.(3).A new model of nc-Si/a-Si quantum dot systemWe proposed a new model of order (nc-Si phase)/disorder (a-Si phase) quantum dots system to understand the size effect of electrons in nc-Si materials. A theoretical calculation indicates that direct transitions enhanced by a modification of k-selection rules due to the size reduction result in the blue light emission, Both the absorption and reflection spectra calculated by the proposed model show size effect and are in good agreement with our experimental results.(4).An Er-doped nc-Si laser operated at room temperatureWe have fabricated Er-doped nc-Si waveguides on Si substrates and demonstrated a stimulated emission at 1.54 .tm at room temperature under optical pumping. This is the first breakthrough of realizing an all-Si laser. Less
在硅纳米结构中,量子尺寸效应有望产生新的光学和电学特性来取代现有材料,这项研究的动机是开发这种新材料和新器件,提供一种制造方法。我们开发了一种成功的工艺来制造具有可控微晶尺寸的NC-Si,并展示了NC-Si在室温下的蓝光发射。(1).尺寸-依赖的通过使用 Er 作为成核中心,我们制备了一系列尺寸从 3 nm 到 10 am 的 nc-Si 样品,从而实现了对 a-Si 基体中形成的 Si 纳米微晶的蓝光发射。微晶尺寸为2.7nm,包含.-1000个原子的Si点。nc-Si层在微晶尺寸和光电特性方面均是均匀的并且显示出蓝色发射。谱带和 1.54mum 处的尖峰是由 Er 原子在室温下的壳内跃迁引起的。我们表明,随着尺寸的减小,蓝色发射会向更高的能量移动。移动的值非常一致。 (2).ne-Si中量子尺寸效应的第一个证据通过控制nc-Si的纳米晶尺寸,我们证明了ne-Si的吸收光谱和反射光谱随着晶粒尺寸的减小,NC-Si 向更高能量方向移动,这种转变可以通过间接半导体 Si 中直接跃迁的量子尺寸效应来解释。 NC-Si 是一种具有尺寸可调光学和电子特性的有前途的材料。 (3).数控硅/非晶硅量子点系统的新模型我们提出了一种新的有序(数控硅相)/无序(非晶硅相)量子点系统模型来理解数控中电子的尺寸效应-硅材料。理论计算表明,由于尺寸减小,通过修改 k 选择规则增强了直接跃迁,导致蓝光发射,由该模型计算的吸收光谱和反射光谱都显示出尺寸效应,并且与我们的实验吻合良好(4).室温下运行的掺铒数控硅激光器我们在硅衬底上制作了掺铒数控硅波导,并在室温下光泵浦下证明了1.54 .tm的受激发射。实现全硅激光器的首次突破。
项目成果
期刊论文数量(37)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
S.Nomura etal: "Electronic Structure of nanocrystalline / amorphous silicon : a novel quantum Size effect" Naterials Sci & Engineering B. 51. 146-149 (1998)
S.Nomura 等人:“纳米晶/非晶硅的电子结构:一种新颖的量子尺寸效应”Naterials Sci
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
X.Zhao et al: "Formation and electronic states of Si nanocrystallites in amorphous Si" J.Noncrystal Solids. 198-200. 847-852 (1996)
X.Zhao 等人:“非晶硅中硅纳米微晶的形成和电子态”J.Noncrystal Solids。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
S.Nomura et al: "Optical properties of semiconductor quantum dots in magnetic fields" J.Lumine. Vol.70. 144-157 (1996)
S.Nomura 等人:“磁场中半导体量子点的光学特性”J.Lumine。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
X.Zhao etal.: "Formation and electroic states of Sinanocrystallites in amorphous Si" J.Noacrystal Solids. Vol198-200. 847-852 (1996)
X.Zhao等人:“非晶硅中硅纳米晶的形成和电态”J.Noacrystal Solids。
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- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
T.Iitaka.etal: "Calculating the density of states and Linear response functions with time-dependent Schroedinger equations" Microelectronic Engineering B. 43-44. 459-470 (1998)
T.Iitaka.etal:“利用瞬态薛定谔方程计算态密度和线性响应函数”微电子工程 B.43-44。
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