エコ・エレクトロニクス材料β-FeSi_2単結晶の育成と高感度赤外検出器への応用

生态电子材料β-FeSi_2单晶的生长及其在高灵敏红外探测器中的应用

基本信息

批准号：
14750224
负责人：
鵜殿治彦
金额：
$ 2.62万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750224/
关键词：
β-Fesi_2 半導体鉄シリサイド単結晶間接遷移電子構造キャリア濃度制御フォトルミネッセンスホモエピタキシー β-FeSi_2単結晶溶液成長法光学的特性電気的特性 Ga溶媒 Sn溶媒不純物ドーピング近赤外受発光素子

项目摘要

半導体鉄シリサイド,β-FeSi_2,単結晶の成長条件を検討しより大型の結晶を得ることに成功した。更に,実際に研磨を行いβ-FeSi_2基板を作製し,MBE成長を行った。この結果,β-FeSi_2基板上にホモエピタキシャル膜を成膜できたが,その膜の結晶性,キャリア濃度制御の問題について課題が残った。このため,良好なpn接合特性を得るまでには至らなかった。また,結晶のキャリア濃度の制御を試み,Zn溶媒を用いて低キャリア濃度で比較的大型のβ-FeSi_2結晶を作製できた。この結晶を用いてこれまで以上にβ-FeSi_2の光学的特性について明らかにすることが出来た。これら主な研究成果の詳細は下記の通りである。1.β-FeSi_2単結晶を研磨し,弗化水素酸,及びフッ硝酸でエッチングすることで明瞭なRHEEDパターンを確認し,成長基板として利用することが可能になった。2.p型のβ-FeSi_2単結晶基板上に厚さ100nm程度のβ-FeSi_2膜を作製することに成功した。3.β-FeSi_2基板上の成長ではSi基板上に成長する場合と異なり,基板側からのSiの供給または吸い出しが無いために分子線の蒸発量比Fe/Siが成膜に非常に大きく影響することを確認した。今回の実験で膜のキャリア濃度制御及び伝導型制御が困難だったのはこの影響が大きいと考える。4.成長アンプル系,温度勾配を見直すことで,より短時間に大型の結晶を育成できるようになった。5.Zn溶媒からも数ミリサイズ角の単結晶を育成できるようになり,バルク単結晶から初めてフォトルミネッセンス発光を確認した.6.β-FeSi_2の光吸収特性を調べ直接遷移端,間接遷移端の温度依存性を明らかにした。7.偏光反射測定を行い各方位(a//E,b//E,c//E)の反射スペクトルを初めて明確にし,FLAPWを用いた電子構造計算結果から得られる反射スペクトルの情報が実験結果と良く一致することを明らかにした。

我们研究了半导体硅化铁β-FeSi_2单晶的生长条件，并成功获得了更大的晶体。此外，我们实际上通过抛光制备了β-FeSi_2衬底并进行了MBE生长。结果，我们能够在β-FeSi_2衬底上形成同质外延薄膜，但薄膜的结晶度和载流子浓度的控制仍然存在问题。因此，无法得到良好的pn结特性。我们还尝试控制晶体的载流子浓度，并能够使用Zn溶剂制备相对较大的低载流子浓度的β-FeSi_2晶体。使用这种晶体，我们比以往任何时候都能够更加明确 β-FeSi_2 的光学性质。这些主要研究成果具体如下。 1.通过对β-FeSi_2单晶进行抛光并用氢氟酸和氟硝酸进行蚀刻，确认了清晰的RHEED图案，并且可以将其用作生长基板。 2.我们在p型β-FeSi_2单晶衬底上成功制备了厚度约为100 nm的β-FeSi_2薄膜。 3.在β-FeSi_2衬底上生长时，与在Si衬底上生长不同，没有从衬底侧供给或提取Si，因此分子束Fe/Si的蒸发比对薄膜的影响非常大经证实。我们认为这是本实验中薄膜载流子浓度和导电类型难以控制的主要原因。 4.通过审查生长安瓿系统和温度梯度，可以在更短的时间内生长大晶体。 5.甚至可以用Zn溶剂生长几毫米尺寸的单晶，并且首次证实了块状单晶的光致发光发射。 6.研究了β-FeSi_2的光吸收特性以及直接跃迁边缘和光致发光。检测到间接过渡边缘阐明了温度依赖性。 7. 首次进行偏振反射测量，明确了各个方向（a//E、b//E、c//E）的反射光谱，以及从电子结构计算结果中获得的反射光谱信息使用FLAPW进行实验，发现结果吻合良好。