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特集:シリサイド半導体の最新動向
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総論:鉄シリサイド半導体の基礎と応用
Basic Aspects of Semiconducting Silicides and their Applications
--------------------------------------------------------------------------------
前田佳均(京都大学大学院 エネルギー科学研究科 エネルギー応用科学専攻 助教授)
1.55μm帯域のオプトエレクトロニクスへの応用をめざした鉄シリサイド(βFeSi2)の基礎
研究が進んでいる。β-FeSi2の構造物性,作製方法,エピタキシャル結晶成長,格子ひずみ
によるバンドエンジニアリング,発光特性とその増強について概説し,またシリサイド半
導体フォトニック結晶への応用について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 鉄シリサイドの構造物性
2.1 構造物性
2.2 Fe-Si2元系ヘテロ接合
3. β-FeSi2の作製と成長過程
3.1 作製方法と物性
3.2 成長過程
3.3 ポスト・アニール条件
4. ヘテロエピキタシーとバンドエンジニアリング
4.1 シリコン上のエピタキシャル成長
4.2 ひずみバンドエンジニアリング
4.3 空孔の秩序化によるバンド変調
5. β-FeSi2の発光特性と増強
5.1 発光特性の概略
5.2 発光増強
6. β-FeSi2の応用
6.1 LED,PDへの応用
6.2 フォトニック結晶への応用
7. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
シリサイド半導体薄膜の結晶成長と特性-1
-熱反応堆積法に始まる新しいシリサイド半導体薄膜の成長-
Growth and Properties of Semiconducting Silicide Films
-Growth of New Semiconducting Silicide Films based on Reactive Deposition
Technique-
--------------------------------------------------------------------------------
立岡浩一(静岡大学 工学部 電気・電子工学科 教授)
大石琢也(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
水由雄介(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
黒川貴規(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
黒川貴規(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
三浦健太郎(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
シリサイド半導体薄膜の結晶成長と特性:
シリサイド半導体薄膜の成長技術について,第2章では3節にわたり,本特集他章で取り上
げられていない薄膜成長について網羅的に紹介する。種々のシリサイド半導体薄膜の成長
方法と簡便安価な成長方法の開発,Ge導入格子ひずみ変調によるβ-FeSi2 のエネルギーギ
ャップの広帯域化,半導体特性を示すナノ微結晶FeSi2 および強磁性Fe3Siの室温成長と
物性評価について述べる。(立岡浩一,佐道泰造,吉武剛)
本節ではβ-FeSi2 をはじめMnSi1.7 ,Mg2Si,Mg2Si1-Gex ,Ca2Si およびSr2Siの熱反
応堆積法を用いたシリサイド半導体薄膜の成長技術について網羅的に紹介する。さらにサ
ーファクタント効果を付加したβFeSi2薄膜成長,真空フリーの成長法である溶融塩法に
よるβ-FeSi2薄膜成長,ソースとして塩素化合物を用いたMnSi1.7薄膜成長を取り上げる
とともに,成長した薄膜の構造的評価結果を報告する。
【目次】
1. はじめに
2. シリサイド半導体薄膜の成長法
3. シリサイド半導体薄膜の構造
3.1 β-FeSi2薄膜
3.2 MnSi1.7薄膜
3.3 Mg2SiおよびMg2Si1-XGeX膜
3.4 Sa2SiおよびSr2Si膜
3.5 まとめ
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
シリサイド半導体薄膜の結晶成長と特性-2
-Ge導入によるβ-FeSi2のバンドギャップ変調-
-Band Engineering of β-FeSi2 by Ge Doping-
--------------------------------------------------------------------------------
佐道泰造(九州大学大学院 システム情報科学研究院 助教授)
β-FeSi2のエネルギーギャップの広帯域化をめざし,Ge導入による格子ひずみ変調を検討
した。非晶質Si/非晶質FeSiGe積層試料を固相成長するとβ-FeSi2-xGex層が優先的に形成
される。Ge混晶比xが約0.6では,0.4～0.5%の格子ひずみが導入され,これは30meV程度
のエネルギーギャップ変調に相当する。Ge混晶比を制御することで格子ひずみの変調が
可能である。
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シリサイド半導体薄膜の結晶成長と特性-3
-室温で成長するナノ微結晶(NC)FeSi2半導体とFe3Si強磁性体-
-Semiconducting Nanocrystalline FeSi2 and Ferromagnetic Fe3Si Thin Films grown
at Room Temperature-
--------------------------------------------------------------------------------
吉武剛(九州大学大学院 総合理工学研究院 融合創造理工学部門 助教授)
高エネルギー粒子付着のスパッタリング法やレーザーアブレーション法を用いることで,
室温にて,半導体特性を示すアモルファスに近いナノ微結晶FeSi2 膜,およびSi(111)
基板上に強磁性Fe3Si をエピタキシャル成長可能である。ともに室温プロセスで生成可
能であり,幅広い応用および適用が期待できる。
【目次】
1. 半導体特性を示すナノ微結晶FeSi2
2. Si基板上へのFe3Si膜のエピタキシャル成長
--------------------------------------------------------------------------------
鉄シリサイドバルク成長と特性
Crystal Growth and Characterization of Iron Silicides
--------------------------------------------------------------------------------
鵜殿治彦(茨城大学 工学部 電気電子工学科 助教授)
多彩な性質を示す鉄シリコン化合物の中で,半導体鉄シリサイドβ-FeSi2はオプトエレクト
ロニクス材料としての利用が期待されており,その物性を明らかにしていくことは応用上
重要である。本稿では,化学気相輸送法および溶液成長法を用いたβ-FeSi2バルク単結晶
の成長技術を中心に,得られた単結晶の電気特性,光学特性,構造特性,エッチング特性
について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. β-FeSi2単結晶の化学気相輸送(CVT)成長
3. β-FeSi2単結晶の溶液成長
4. β-FeSi2単結晶のファセット面と優先成長方位
5. β-FeSi2単結晶の不純物ドーピングと電気特性
6. β-FeSi2単結晶の光学特性
6.1 光吸収測定
6.2 β-FeSi2の偏光反射スペクトルおよび屈折率
6.3 β-FeSi2単結晶のフォトルミネッセンス(PL)
7. バルク鉄シリサイドの構造的性質の圧力効果
8. β-FeSi2単結晶のエッチング特性
9. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
化学気相成長法によるβFeSi2 薄膜の結晶成長とPL 発光特性
Crystal Growth of β-FeSi2 Thin Film by CVD and Photoluminescence Properties
--------------------------------------------------------------------------------
秋山賢輔(神奈川県産業技術総合研究所 電子技術部 技師)
舟窪浩(東京工業大学大学院 総合理工学研究科 物質科学創造専攻 助教授)
有機金属を用いた化学気相成長法(MOCVD)による高結晶品質を有する鉄シリサイド
(β-FeSi2)半導体薄膜の合成と,PL発光特性について紹介する。出発原料であるFe有機金
属の気相合成反応およびSi原料との組み合わせを検討し,炭素・酸素の混入量を低減させ
たエピタキシャル膜をSi基板上に合成した。さらに絶縁基板上膜との検討より,PL 発光特
性に及ぼす基板Siの効果について検討を行った。
【目次】
1. はじめに
2. CVD法での作製方法
3. β-FeSi2相の形成
4. 形態制御した結晶成長
5. β-FeSi2膜のPL発光特性
6. Si基板,Si-buffered-YSZ基板,YSZ基板上のβ-FeSi2エピタキシャル膜作製
7. Siの拡散機構に律速したPL発光
8. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
鉄シリサイド薄膜の発光と光電特性
Photoluminescence and Photoresponse Properties of β-FeSi2 Thin Film
--------------------------------------------------------------------------------
寺井慶和(大阪大学大学院 工学研究科 マテリアル生産科学専攻 助手)
前田佳均(京都大学大学院 エネルギー科学研究科 エネルギー応用科学専攻 助教授)
シリサイド半導体の一つであるβ-FeSi2は光通信波長1.55μm付近で発光を示すことから,
シリコン系光半導体として注目を浴びている。本稿ではイオンビーム合成法で作製した
β-FeSi2薄膜の光学特性をもとに,発光の起源,発光強度増大メカニズム,光電特性を中
心テーマとした最新の研究成果を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. イオンビーム合成法(IBS法)
3. 発光スペクトルの分類
4. β-FeSi2固有発光(Aバンド)の同定
5. 不純物添加効果
6. 表面酸化によるSi原子の増速拡散
7. 光電特性
8. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
シリサイド半導体の応用
Future Device Application of Semiconducting Silicides
--------------------------------------------------------------------------------
末益崇(筑波大学大学院 数理物質科学研究科 電子・物理工学専攻 助教授)
β-FeSi2 は1.5μm帯の発光デバイス用半導体として,またアルカリ土類金属を用いたMg2Si
やBaSi2は,バンドギャップエンジニアリングが可能な新しいSi ベースの半導体として期
待されている。いずれもSi 基板上へのエピタキシャル成長が可能な材料である。本稿で
は,これらの半導体を用いた電子デバイスの可能性を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. β-FeSi2を用いた1.5μm帯赤外発光素子
2.1 シリコン集積回路が抱える問題
2.2 光変調器
2.3 光導波路
2.4 受光素子
2.5 発光素子
3. β-FeSi2を用いた受光素子
4. アルカリ土類金属を用いた受光素子
4.1 BaSi2をベースとする太陽電池材料
4.2 Mg2Siをベースとする赤外受光材料
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
Material Report
--------------------------------------------------------------------------------
REVIEW
--------------------------------------------------------------------------------
米国のナノファイバーの現状-1
US Nanofibers Today
--------------------------------------------------------------------------------
本宮達也(テクノ戦略研究所 代表)
谷岡明彦(東京工業大学大学院 教授)
【目次】
1. はじめに
2. 米国のナノファイバー研究開発の最前線
3. 省エネにつながるナノファイバー
4. 米国ドナルドソン社の状況
4.1 ドナルドソン社の概況
4.2 ナノファイバーはなぜ重要か
4.3 ナノファイバーフィルターの利用例
4.4 産業用のナノファイバー生産における課題
4.5 今後の応用展開
R&D
--------------------------------------------------------------------------------
新規な酸無水物の開発と応用
Development and Applications of a Novel Acid Anhydride
--------------------------------------------------------------------------------
森山聡(協和発酵ケミカル㈱四日市研究所 グループリーダー)
村山俊一(協和発酵ケミカル㈱四日市研究所 主任研究員)
ジエチルグルタル酸無水物(DEGAN)は,α位にエチル分岐を導入したユニークな構造の化
合物である。その分岐構造により低粘度,低吸湿性という特徴をもつ。酸無水物はエポキ
シ樹脂の硬化剤として広く使用されているが,DEGANも同様に利用可能である。DEGANは特
に,操作性,流動性,樹脂や硬化促進剤などとの相溶性に優れ,得られた硬化物に可とう
性や耐加水分解性を付与する。
【目次】
1. はじめに
2. DEGANの一般特性
3. 酸無水物硬化剤の用途
3.1 酸無水物硬化剤の一般特性
3.2 低吸湿性
3.3 硬化時間の比較
3.4 LED(発光ダイオード)封止材用途
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
総論:鉄シリサイド半導体の基礎と応用
Basic Aspects of Semiconducting Silicides and their Applications
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前田佳均(京都大学大学院 エネルギー科学研究科 エネルギー応用科学専攻 助教授)
1.55μm帯域のオプトエレクトロニクスへの応用をめざした鉄シリサイド(βFeSi2)の基礎
研究が進んでいる。β-FeSi2の構造物性,作製方法,エピタキシャル結晶成長,格子ひずみ
によるバンドエンジニアリング,発光特性とその増強について概説し,またシリサイド半
導体フォトニック結晶への応用について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 鉄シリサイドの構造物性
2.1 構造物性
2.2 Fe-Si2元系ヘテロ接合
3. β-FeSi2の作製と成長過程
3.1 作製方法と物性
3.2 成長過程
3.3 ポスト・アニール条件
4. ヘテロエピキタシーとバンドエンジニアリング
4.1 シリコン上のエピタキシャル成長
4.2 ひずみバンドエンジニアリング
4.3 空孔の秩序化によるバンド変調
5. β-FeSi2の発光特性と増強
5.1 発光特性の概略
5.2 発光増強
6. β-FeSi2の応用
6.1 LED,PDへの応用
6.2 フォトニック結晶への応用
7. おわりに
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シリサイド半導体薄膜の結晶成長と特性-1
-熱反応堆積法に始まる新しいシリサイド半導体薄膜の成長-
Growth and Properties of Semiconducting Silicide Films
-Growth of New Semiconducting Silicide Films based on Reactive Deposition
Technique-
--------------------------------------------------------------------------------
立岡浩一(静岡大学 工学部 電気・電子工学科 教授)
大石琢也(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
水由雄介(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
黒川貴規(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
黒川貴規(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
三浦健太郎(静岡大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻)
シリサイド半導体薄膜の結晶成長と特性:
シリサイド半導体薄膜の成長技術について,第2章では3節にわたり,本特集他章で取り上
げられていない薄膜成長について網羅的に紹介する。種々のシリサイド半導体薄膜の成長
方法と簡便安価な成長方法の開発,Ge導入格子ひずみ変調によるβ-FeSi2 のエネルギーギ
ャップの広帯域化,半導体特性を示すナノ微結晶FeSi2 および強磁性Fe3Siの室温成長と
物性評価について述べる。(立岡浩一,佐道泰造,吉武剛)
本節ではβ-FeSi2 をはじめMnSi1.7 ,Mg2Si,Mg2Si1-Gex ,Ca2Si およびSr2Siの熱反
応堆積法を用いたシリサイド半導体薄膜の成長技術について網羅的に紹介する。さらにサ
ーファクタント効果を付加したβFeSi2薄膜成長,真空フリーの成長法である溶融塩法に
よるβ-FeSi2薄膜成長,ソースとして塩素化合物を用いたMnSi1.7薄膜成長を取り上げる
とともに,成長した薄膜の構造的評価結果を報告する。
【目次】
1. はじめに
2. シリサイド半導体薄膜の成長法
3. シリサイド半導体薄膜の構造
3.1 β-FeSi2薄膜
3.2 MnSi1.7薄膜
3.3 Mg2SiおよびMg2Si1-XGeX膜
3.4 Sa2SiおよびSr2Si膜
3.5 まとめ
4. おわりに
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シリサイド半導体薄膜の結晶成長と特性-2
-Ge導入によるβ-FeSi2のバンドギャップ変調-
-Band Engineering of β-FeSi2 by Ge Doping-
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佐道泰造(九州大学大学院 システム情報科学研究院 助教授)
β-FeSi2のエネルギーギャップの広帯域化をめざし,Ge導入による格子ひずみ変調を検討
した。非晶質Si/非晶質FeSiGe積層試料を固相成長するとβ-FeSi2-xGex層が優先的に形成
される。Ge混晶比xが約0.6では,0.4～0.5%の格子ひずみが導入され,これは30meV程度
のエネルギーギャップ変調に相当する。Ge混晶比を制御することで格子ひずみの変調が
可能である。
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シリサイド半導体薄膜の結晶成長と特性-3
-室温で成長するナノ微結晶(NC)FeSi2半導体とFe3Si強磁性体-
-Semiconducting Nanocrystalline FeSi2 and Ferromagnetic Fe3Si Thin Films grown
at Room Temperature-
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吉武剛(九州大学大学院 総合理工学研究院 融合創造理工学部門 助教授)
高エネルギー粒子付着のスパッタリング法やレーザーアブレーション法を用いることで,
室温にて,半導体特性を示すアモルファスに近いナノ微結晶FeSi2 膜,およびSi(111)
基板上に強磁性Fe3Si をエピタキシャル成長可能である。ともに室温プロセスで生成可
能であり,幅広い応用および適用が期待できる。
【目次】
1. 半導体特性を示すナノ微結晶FeSi2
2. Si基板上へのFe3Si膜のエピタキシャル成長
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鉄シリサイドバルク成長と特性
Crystal Growth and Characterization of Iron Silicides
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鵜殿治彦(茨城大学 工学部 電気電子工学科 助教授)
多彩な性質を示す鉄シリコン化合物の中で,半導体鉄シリサイドβ-FeSi2はオプトエレクト
ロニクス材料としての利用が期待されており,その物性を明らかにしていくことは応用上
重要である。本稿では,化学気相輸送法および溶液成長法を用いたβ-FeSi2バルク単結晶
の成長技術を中心に,得られた単結晶の電気特性,光学特性,構造特性,エッチング特性
について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. β-FeSi2単結晶の化学気相輸送(CVT)成長
3. β-FeSi2単結晶の溶液成長
4. β-FeSi2単結晶のファセット面と優先成長方位
5. β-FeSi2単結晶の不純物ドーピングと電気特性
6. β-FeSi2単結晶の光学特性
6.1 光吸収測定
6.2 β-FeSi2の偏光反射スペクトルおよび屈折率
6.3 β-FeSi2単結晶のフォトルミネッセンス(PL)
7. バルク鉄シリサイドの構造的性質の圧力効果
8. β-FeSi2単結晶のエッチング特性
9. おわりに
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化学気相成長法によるβFeSi2 薄膜の結晶成長とPL 発光特性
Crystal Growth of β-FeSi2 Thin Film by CVD and Photoluminescence Properties
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秋山賢輔(神奈川県産業技術総合研究所 電子技術部 技師)
舟窪浩(東京工業大学大学院 総合理工学研究科 物質科学創造専攻 助教授)
有機金属を用いた化学気相成長法(MOCVD)による高結晶品質を有する鉄シリサイド
(β-FeSi2)半導体薄膜の合成と,PL発光特性について紹介する。出発原料であるFe有機金
属の気相合成反応およびSi原料との組み合わせを検討し,炭素・酸素の混入量を低減させ
たエピタキシャル膜をSi基板上に合成した。さらに絶縁基板上膜との検討より,PL 発光特
性に及ぼす基板Siの効果について検討を行った。
【目次】
1. はじめに
2. CVD法での作製方法
3. β-FeSi2相の形成
4. 形態制御した結晶成長
5. β-FeSi2膜のPL発光特性
6. Si基板,Si-buffered-YSZ基板,YSZ基板上のβ-FeSi2エピタキシャル膜作製
7. Siの拡散機構に律速したPL発光
8. おわりに
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鉄シリサイド薄膜の発光と光電特性
Photoluminescence and Photoresponse Properties of β-FeSi2 Thin Film
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寺井慶和(大阪大学大学院 工学研究科 マテリアル生産科学専攻 助手)
前田佳均(京都大学大学院 エネルギー科学研究科 エネルギー応用科学専攻 助教授)
シリサイド半導体の一つであるβ-FeSi2は光通信波長1.55μm付近で発光を示すことから,
シリコン系光半導体として注目を浴びている。本稿ではイオンビーム合成法で作製した
β-FeSi2薄膜の光学特性をもとに,発光の起源,発光強度増大メカニズム,光電特性を中
心テーマとした最新の研究成果を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. イオンビーム合成法(IBS法)
3. 発光スペクトルの分類
4. β-FeSi2固有発光(Aバンド)の同定
5. 不純物添加効果
6. 表面酸化によるSi原子の増速拡散
7. 光電特性
8. おわりに
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シリサイド半導体の応用
Future Device Application of Semiconducting Silicides
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末益崇(筑波大学大学院 数理物質科学研究科 電子・物理工学専攻 助教授)
β-FeSi2 は1.5μm帯の発光デバイス用半導体として,またアルカリ土類金属を用いたMg2Si
やBaSi2は,バンドギャップエンジニアリングが可能な新しいSi ベースの半導体として期
待されている。いずれもSi 基板上へのエピタキシャル成長が可能な材料である。本稿で
は,これらの半導体を用いた電子デバイスの可能性を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. β-FeSi2を用いた1.5μm帯赤外発光素子
2.1 シリコン集積回路が抱える問題
2.2 光変調器
2.3 光導波路
2.4 受光素子
2.5 発光素子
3. β-FeSi2を用いた受光素子
4. アルカリ土類金属を用いた受光素子
4.1 BaSi2をベースとする太陽電池材料
4.2 Mg2Siをベースとする赤外受光材料
5. おわりに
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Material Report
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REVIEW
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米国のナノファイバーの現状-1
US Nanofibers Today
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本宮達也(テクノ戦略研究所 代表)
谷岡明彦(東京工業大学大学院 教授)
【目次】
1. はじめに
2. 米国のナノファイバー研究開発の最前線
3. 省エネにつながるナノファイバー
4. 米国ドナルドソン社の状況
4.1 ドナルドソン社の概況
4.2 ナノファイバーはなぜ重要か
4.3 ナノファイバーフィルターの利用例
4.4 産業用のナノファイバー生産における課題
4.5 今後の応用展開
R&D
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新規な酸無水物の開発と応用
Development and Applications of a Novel Acid Anhydride
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森山聡(協和発酵ケミカル㈱四日市研究所 グループリーダー)
村山俊一(協和発酵ケミカル㈱四日市研究所 主任研究員)
ジエチルグルタル酸無水物(DEGAN)は,α位にエチル分岐を導入したユニークな構造の化
合物である。その分岐構造により低粘度,低吸湿性という特徴をもつ。酸無水物はエポキ
シ樹脂の硬化剤として広く使用されているが,DEGANも同様に利用可能である。DEGANは特
に,操作性,流動性,樹脂や硬化促進剤などとの相溶性に優れ,得られた硬化物に可とう
性や耐加水分解性を付与する。
【目次】
1. はじめに
2. DEGANの一般特性
3. 酸無水物硬化剤の用途
3.1 酸無水物硬化剤の一般特性
3.2 低吸湿性
3.3 硬化時間の比較
3.4 LED(発光ダイオード)封止材用途
4. おわりに
