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論文

Well-ordered arranging of Ag nanoparticles in SiO$$_{2}$$/Si by ion implantation

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

Applied Surface Science, 258(19), p.7322 - 7326, 2012/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.18(Chemistry, Physical)

SiO$$_{2}$$等の誘電体中に埋め込まれた銀(Ag)等の金属ナノ粒子は、非線形な誘電特性を示すことから非線形光学素子への応用が期待されている。本研究では、イオン注入法を用いてSi基板を熱酸化して形成したSiO$$_{2}$$層(300nm)注入にAgイオン注入(加速電圧:350keV、照射量:0.37-1.2$$times$$10$$^{17}$$ ions/cm$$^{2}$$)を行い、透過電子顕微鏡法,ラザフォード後方散乱法等を用いて、注入後の試料の構造評価を行った。その結果、注入Agイオンの投影飛程に相当する深さ近傍に直径25-40nmの銀ナノ粒子が、SiO$$_{2}$$/Si界面には直径数nmの銀ナノ粒子が、それぞれ規則的に配列して形成されることがわかった。さらに、X線光電子分光,X線回折の測定結果から、これらのAgナノ粒子は、酸化及び硫化に対して耐性があり1.5年以上その構造が保たれることがわかった。

論文

Application of X-ray photoelectron spectroscopy to characterization of Au nanoparticles formed by ion implantation into SiO$$_{2}$$

高廣 克己*; 大泉 信之助*; 森本 圭一*; 川面 澄*; 一色 俊之*; 西尾 弘司*; 永田 晋二*; 山本 春也; 鳴海 一雅; 楢本 洋*

Applied Surface Science, 256(4), p.1061 - 1064, 2009/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:35.36(Chemistry, Physical)

In X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of Au nanoparticles, the width of 5d valence band changes with Au particle size. This enables us to estimate the size of Au nanoparticles by using XPS. In this work, the 5d-band width has been measured for Au nanoparticles formed by ion implantation into SiO$$_{2}$$. The 5d-band width is found to be correlated strongly with the Au concentration. As the Au concentration increases, the 5d-band width becomes larger, indicating that the Au nanoparticles with the larger size tend to be formed in the vicinity of the projected range of Au ions. This correlation agrees very well with the results from transmission electron microscopy.

口頭

単結晶基板中にイオン注入された原子のクラスター形成過程; XPSによる深さ方向のクラスターサイズ評価, 3

高廣 克己*; 大泉 信之助*; 川面 澄*; 一色 俊之*; 西尾 弘司*; 永田 晋二*; 山本 春也; 鳴海 一雅; 楢本 洋

no journal, , 

単結晶サファイア($$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001))及び石英ガラス(SiO$$_{2}$$)に、500keVの$$^{197}$$Au$$^{+}$$イオンを4.0$$times$$10$$^{16}$$ions/cm$$^{2}$$注入し、生成されたAuナノ粒子の深さ方向のサイズ評価にX線光電子分光法(XPS)とスパッタエッチングを適用した。$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001)の場合、Au濃度が高いほどAu 5d$$_{5/2}$$と5d$$_{3/2}$$価電子帯準位間の分裂幅は広くなり、5d分裂幅においてAu濃度との強い相関が見いだされた。サイズ1$$sim$$2nmのAuナノ粒子に対しては、XPSと透過型電子顕微鏡(TEM)から得られたサイズ分布の結果はよく一致した。一方、深さ60$$sim$$70nm及び130$$sim$$150nmにおいては、TEMではAuナノ粒子は観察されなかったが、価電子帯スペクトルでは、そのサイズを0.8$$pm$$0.1nmと評価することができた。Auイオン注入SiO$$_{2}$$では、サイズ1.5$$sim$$5nmのAuナノ粒子が観察された。サイズ2nm以下については、XPSとTEMの結果は誤差の範囲内で良い一致を示した。一方、サイズ2$$sim$$5nmについては、サイズ評価の精度が低くなった

口頭

イオン注入によるAgナノ粒子の生成と規則的配列

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

no journal, , 

金属酸化物などの誘電体中に埋め込まれた金属ナノ粒子は、バルクとは異なる光学的,電気的,磁気的性質を示すことから次世代機能性材料として期待されている。特に金属ナノ粒子を用いた機能性材料創製において、単一サイズのナノ粒子をいかに高濃度に埋め込むかが課題となっている。本研究では、イオン注入法を用いて熱酸化Si膜中にAgイオン注入を行い、ラザフォード後方散乱法(RBS),X線光電子分光法(XPS),X線回折(XRD)及び透過電子顕微鏡(TEM)観察により、注入後の試料のキャラクタリゼーションを行った。その結果、注入Agイオンの投影飛程である125nm近傍にAgが集中して存在し、粒径30nm程度のAg粒子が規則的に2次元配列していることがわかった。今回、金属ナノ粒子特有の性質の発現が期待できるAgナノ粒子の規則的な2次元配列の形成に成功したので報告する。

口頭

Well-ordered arrangement of Ag nanoparticles in SiO$$_{2}$$/Si by ion implantation

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*

no journal, , 

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$$_{2}$$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$$_{2}$$/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。

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