フォトルミネッセンス(PL)測定 - 実験結果および考察 - Pd を触媒とした無電解エッチングによる Si 微細構造の作製と物性評価

第３章 Pd を触媒とした無電解エッチングによる Si 微細構造の作製と物性評価

3.4 実験結果および考察

3.4.4 フォトルミネッセンス(PL)測定

PSi、酸化物Siナノクラスター、Siナノワイヤを含む様々なSiナノ構造のPL特性は幾人

かの著者らによって報告されている。その殆ど全てのこれらの研究は赤外―紫外の領域での発光を観測している³。Qui⁴氏らはSi基板上にAgNO3/HF水溶液を用いて濃硝酸による樹枝状の銀の除去を行わないAgに覆われたSiナノワイヤを作製し、~ 330 nmの強い紫外の発光を観測した。紫外領域の発光は作製されたSiナノワイヤ表面上のAg nanocapsの中心に於ける欠陥の存在と関係していると結論付ける。彼らはまたAg⁺/HF水溶液を用いて

SiOxNy-capped SiNWsを作製し、SiOxNy nanocapsのSi-N結合状態で放射性再結合によ

って青-緑のバンド発光を観測した⁵。多孔質構造が可視発光の大きな役割を担っていると信じられているが、発行のメカニズムは現在のところ明らかになっていない。

Fig. 3.6に本研究で作製したSi微細構造のPLスペクトルを示す。すべての試料で可視領

域におけるブロードなPL発光を確認できた。発光原因はエッチングにより微細構造の表面に多孔質構造が形成された為だと推測している。

Fig. 3.6

400 500 600 700 800 900 0

10000 20000

0.0006M 0.002M 0.004M 0.006M 0.008M 0.01M

Wavelength (nm)

P L i nt e ns it y (a rb. uni ts )

多孔質シリコン(PSi)についての研究は数多く行われている。なぜなら、PSiは可視領域で効率的なPL発光だけでなく、注入型エレクトロルミネッセンスも示す⁶。多くのPSi膜は HFをベースとした電解液中の従来の陽極化成法で形成される。HF/HNO3をベースとした水溶液中で形成されたステインエッチングされたSi膜は陽極化成で形成されたPSi膜と似た性質を示唆する。⁷様々なHF/oxidantの水溶液を用いたフォトエッチングによって可視発光のPSiの作製が行われている。量子閉じ込め(quantum confinement ; QC)モデルはPSi からの可視発光の説明を提議した初めてのものである。その後、多くの別の可能性を持ったモデルが提案された。例えば、水素化されたアモルファスSi、表面水素化合物、欠陥、

siloxene、表面状態のモデルがある。QCモデルを除いて、全ての他のモデルはPSiルミネ

ッセンスの原因は外因性によるものとしている。

PdCl

濃度依存性

PdCl2濃度の依存性を調べるため、以下の条件で作製を行う。

Pd堆積条件

PdCl2 : M mol/L (M = 0.0003～0.01) ,H2O : 40 ml, HF : 10 ml 温度 : 30℃, 時間 : 10 min

エッチング条件 : H2O2 : 2 ml, H2O : 45 ml, HF : 5 ml

温度 : 30℃, 時間 : 60 min エッチング後、王水によってパラジウムを除去

Fig. 3.7にそれぞれのPdCl2濃度のPLスペクトルの積分強度を示す。PdCl2濃度の依存性は

確認することができなかった。

Fig. 3.7

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0

P L i nt e ns it y (a rb. uni ts )

PdCl

₂

(mol/L)

H

O

濃度依存性

H2O2濃度依存性を調べるため、以下の条件で作製を行う。

Pd堆積条件

PdCl2 : 0.004 mol/L ,H2O : 40 ml, HF : 10 ml 温度 : 30℃, 時間 : 10 min

エッチング条件 : H2O2 : N ml (N =1~9) , H2O : 45 ml, HF : 5 ml

温度 : 30℃, 時間 : 60 min エッチング後、王水によってパラジウムを除去

Fig. 3.8にH2O2濃度を変化させたときのPLスペクトルの積分強度を示す。

H2O2の量が1 mlのときと7 mlのとき高い強度を示した。PLスペクトルの強度はH2O2濃度に影響を受けないことが分かる。

Fig. 3.8

0 2 4 6 8 10

PL in tensi ty (arb . un it)

H

₂

O

₂

(ml)

エッチング時間依存性

エッチング時間依存性を調べるため、以下の条件で作製を行う。

Pd堆積条件

PdCl2 : 0.004 mol/L ,H2O : 40 ml, HF : 10 ml 温度 : 30℃, 時間 : 10 min

エッチング条件 : H2O2 : 2 ml , H2O : 45 ml, HF : 5 ml

温度 : 30℃, 時間 : L min (L =30~90) エッチング後、王水によってパラジウムを除去

Fig. 3.9にエッチング時間を変化させたときのPLスペクトルの積分強度を示す。

エッチング時間が長くなるにつれて、PL強度が高くなり、75 minのときに最大となった。

Fig. 3.9

30 40 50 60 70 80 90

PL in te n sit y (arb. u n it )

Time (min)

ドキュメント内金属アシスト無電解エッチングによるシリコン微細構造の作製と評価 (ページ 40-45)