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Enhancement of IR light emission from $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ nanocrystals embedded in Si

Si中に埋め込まれた$$beta$$-FeSi$$_{2}$$ナノ結晶からの赤外発光の増大

前田 佳均; 西村 健太郎*; 中島 孝仁*; 松倉 武偉*; 鳴海 一雅; 境 誠司

Maeda, Yoshihito; Nishimura, Kentaro*; Nakajima, Takahito*; Matsukura, Bui*; Narumi, Kazumasa; Sakai, Seiji

準安定な$$gamma$$-FeSi$$_{2}$$から$$beta$$-FeSi$$_{2}$$への相転移を利用して形成した$$beta$$相ナノ結晶のフォトルミネッセンス(PL)特性を系統的に調べ、二重焼鈍過程の条件を最適化することにより、PL強度を増大させることに成功した。PLを増大させるためには、800$$^{circ}$$Cでの二次焼鈍の時間を、$$gamma$$相の量に関連する400$$^{circ}$$Cあるいは500$$^{circ}$$Cでの予備焼鈍の時間に応じて決めればよいことを明らかにした。幾つか可能性のある要因について議論した結果、Si(111)面上でのナノ結晶の析出の際に各相間の結晶学的な関係Si(111)//$$gamma$$(111)//$$beta$$(202)/(220)が保持されることから、本研究で観測されたPLの増大は主としてナノ結晶とSiの界面条件の改善によるものではないかと推測した。

We have systematically investigated photoluminescence (PL) properties of $$beta$$-phase nanocrystals which are formed by a phase transition from metastable $$gamma$$-FeSi$$_{2}$$ with a Fluorite structure to $$beta$$-FeSi$$_{2}$$, and succeeded in enhancement of the PL intensity in the optimum conditions of double annealing process. For the PL enhancement, the time of postannealing at 800$$^{circ}$$C is dominated by the time of the preannealing at 400 or 500$$^{circ}$$C which is related to amount of the $$gamma$$-phase. After discussing some possible factors, we speculate that the PL enhancement observed in this study may be attributed mainly to improvement of the interface condition between the nanocrystal and Si, because the crystallographic epitaxial relationship among the phases, Si(111)//$$gamma$$(111)//$$beta$$(202)/(220) can be maintained during precipitation of the nanocrystal on Si(111).

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