Well-ordered arrangement of Ag nanoparticles in SiO/Si by ion implantation

イオン注入によるAgナノ粒子の生成と規則的配列

水口 友貴*; 齋藤 正裕*; 一色 俊之*; 西尾 弘司*; 西山 文隆*; 山本 春也; 笹瀬 雅人*; 高廣 克己*

Ninakuchi, Yuki*; Saito, Masahiro*; Isshiki, Toshiyuki*; Nishio, Koji*; Nishiyama, Fumitaka*; Yamamoto, Shunya; Sasase, Masato*; Takahiro, Katsumi*

金,銀等の金属微粒子を含有する石英ガラスは、透過光に対して、その含有金属に特有なプラズモン吸収を引き起こすが、このプラズモン吸収には接触ガスの識別検知につながる新たな応答挙動のあることが最近明らかになった。そこで本研究では、プラズモン吸収スペクトル強度の向上が期待できるAgナノ粒子の石英ガラス内への規則的形成を目指し、Si(111)基板を熱酸化させて形成した厚さ300nmのSiO膜中に、350keVのAgイオンを注入した。得られた試料について、ラザフォード後方散乱法,X線光電子分光法,X線回折法,透過電子顕微鏡観察等でAg粒子の形成状態を調べた結果、投影飛程である125nm近傍には粒径30nm程度、SiO/Si界面には2nm程度のAg粒子が、それぞれ規則的に配列していることがわかった。今後、Agイオン注入条件とプラズモン吸収特性との関連性を調べ、新光機能性材料の創製に役立てる予定である。

In the course of Ag implantation into thermally grown SiO films, we found well-ordered Ag nanoparticles in the vicinity of SiO/Si interface. SiO films of 300 nm thick were grown on single crystalline Si(111) substrates. The SiO/Si samples were implanted with 350 keV-Ag ions to a fluence of 110 ions/cm. The Ag-implanted SiO/Si samples were characterized by Rutherford backscattering spectrometry (RBS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD) and cross sectional transmission electron microscopy (XTEM). The Ag concentration depth profiles obtained by RBS and XPS were non-Gaussian, indicating that Ag atoms diffused significantly. XTEM revealed that well-arranged Ag nanoparticles of 30 nm and 2 nm in diameter were distributed near the projected range and the SiO/Si interface, respectively.