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近赤外センサの開発

生态电子材料β-FeSi_2单晶的生长及高灵敏近红外传感器的研制

基本信息

批准号：
16760243
负责人：
鵜殿治彦
金额：
$ 1.98万
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：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度の研究でβ-FeSi_2単結晶のキャリア濃度制御および結晶育成の大型化条件が得られたこと、およびMBE装置整備とβ-FeSi_2膜成長の基礎実験条件が整ったことから、当初の計画に沿ってβ-FeSi_2基板上へのホモエピタキシー実験を主として行った。β-FeSi_2基板表面クリーニング方法、成長条件などを実験によって詰めていった結果、β-FeSi_2単結晶基板上へのβ-FeSi_2薄膜のホモエピタキシーに世界で初めて成功した。この膜を使った受光感度特性の評価は現在進行中であるが、吸収係数が非常に高いため100nm程度の薄膜でも十分に近赤外光を検出できている。また、この他β-FeSi_2単結晶の熱電特性を室温から低温(10K)の間で評価した結果、溶液法で育成したβ-FeSi_2単結晶は、室温以下で非常に高い熱電能と熱電性能指数を示すことが明らかになり、サーモパイル型の赤外検出器としてより長波長でも高感度なセンサとして利用できる可能性を示した。これら研究成果の詳細は下記の通りである。1.Ga溶媒を用いて再現性よく大型の単結晶を育成することが可能になった。この単結晶からβ-FeSi_2(100),(110)基板を切り出し、研磨によって平坦な表面を得る条件を見いだした。更に、以前に見いだしていたHF:HNO_3:H_2Oエッチング液を用いて平坦でクリーンな基板表面を得る条件を見いだした。2.1.で得られたβ-FeSi_2基板上にMBE成長装置を用いてβ-FeSi_2膜のホモエピタキシーに成功した。この膜はSi基板上のヘテロエピタキシャル膜と比較して、格子不整合がないため平坦な界面と膜の均質性を有することが分かった。3.室温から10Kの範囲での熱電能を評価できるシステムを構築し、本研究で得た様々な特性のβ-FeSi_2バルク単結晶の熱電能を評価した。その結果、溶液法で育成した結晶は高い熱電能と電気伝導度を併せ持っており、優れた熱電性能指数を示すことを明らかにした。

通过去年的研究，我们获得了控制β-FeSi_2单晶载流子浓度和增大晶体尺寸的条件，并准备了MBE设备和生长β-FeSi_2薄膜的基本实验条件。主要进行β-FeSi_2衬底上的同质外延实验。通过实验测试β-FeSi_2衬底表面清洁方法和生长条件，我们在世界上首次在β-FeSi_2单晶衬底上同质外延了β-FeSi_2薄膜。目前正在评估使用该薄膜的光接收灵敏度特性，但吸收系数非常高，即使使用薄至100 nm的薄膜也可以充分检测近红外光。此外，对室温和低温（10K）之间的β-FeSi_2单晶的热电性能进行了评价，发现溶液法生长的β-FeSi_2单晶具有极高的热电功率和热电品质因数。据透露，即使在更长的波长下，热电堆型红外探测器也可以用作高灵敏度传感器。这些研究结果的详情如下。 1.使用Ga溶剂以良好的再现性生长大型单晶成为可能。我们从该单晶中切出β-FeSi_2(100),(110)衬底，并找到了通过抛光获得平坦表面的条件。此外，我们找到了使用先前发现的HF:HNO_3:H_2O蚀刻溶液获得平坦且清洁的基板表面的条件。我们使用MBE生长装置成功地在2.1中获得的β-FeSi_2衬底上同质外延了β-FeSi_2薄膜。与硅衬底上的异质外延薄膜相比，由于没有晶格失配，该薄膜具有平坦的界面和薄膜均匀性。 3.构建了可在室温至10K范围内评估热电势的系统，并对本研究获得的各种性能的β-FeSi_2大块单晶的热电势进行了评估。结果表明，采用溶液法生长的晶体具有较高的热电功率和电导率，并表现出优异的热电品质因数。