極限集積化知能デバイスのための分子設計支援システムの開発とその応用

• Project/Area Number: 09224201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 宮本 明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50093076)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺石 和夫 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40292239) ; 久保 百司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90241538) ; FAHMI Adil 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (20282105)
• Project Period (FY): 1997
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1997)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 1997: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: 半導体 / シリコン / 原子レベル制御 / 分子動力学法 / 分子軌道法 / 表面加工 / 希ガス照射 / 酸化

Research Abstract

低消費電力で超高速に多機能を発揮するLSIの構築には,デバイス特性と密接に関係する材料の微細構造を原子レベルで制御する必要がある.そこでまず,分子動力学法を用いSi(100)面上に形成されたシリコン原子層への希ガス原子照射のシミュレーションを行い,動的挙動および微細構造について検討した.Si(100)面に析出したシリコン原子は比較的凹凸を有したが,基板温度400Kにおいて希ガス原子を照射することにより表面シリコン原子が移動し,原子レベルでほぼ平坦なシリコン表面が得られた.またさらに各原子の動的挙動の解析より,このような希ガス照射は,選択的に表面シリコン原子の変位のみを励起し,バルク層の構造に与える影響は小さいことがわかった.
次にシリコン基板表面上において酸化絶縁膜がどのように形成ざれていくかを解明するために、クラスタモデルを用いた分子軌道法により水素終端Si(100)ー2×1面、Si(111)-1×1面の酸化過程を原子レベルで解析した.両表面ともシリコン原子は酸素と結合することにより、さらに別の酸素と結合しやすくなるという性質を持つことが示された。従って酸化物は、基本的には島状成長を好む。また、H-Si(100)ー2×1面では、最表層ダイマーサイトが直接お互いに結合していないため、離れたダイマーサイトの酸化による新たな酸化物の核の生成と、近隣サイトの酸化による酸化物の島状成長の確率がほぼ等しく、酸化は比較的高分散して均一に進行することが予測された。一方H-Si(111)-1×1面では、最表層のシリコンがネットワーク状に結合しており、それを伝わった酸化物の横方向への成長が新たな核の生成より有利であるため、局所的にlayer-by-layerに成長していくことが予測された。

Research Products

• [Publications] A.Endou et al.: "Quantum Chemical Study on SiO Desorption from Si (111) Surface" Surface Science. 387. 59-69 (1997)
• [Publications] K.G.Nakamura et al.: "Theoretical Calculation of Hydrogen Molecule in Silicon" The Journal of chemical Physics. (印刷中).
• [Publications] A.Stirling et al.: "T-Point Dersity Functional Calculations on the Adsorption of Rhodium and Pallodium Particles or MgO (001) Surface and Their Activity" The Journal of Chemical Society,Faraday Transactions. 93. 1175-1178 (1997)
• [Publications] K.Tsujimichi et al.: "Simulation of Atomic Force Microscopy Images of Cloaved Mica Surfaces" The Journal of Physical Chemistry B. 101. 4260-4264 (1997)
• [Publications] M.Kubo et al.: "Atomic Control of Layer-by-Layer Epitaxial Growth on SrTi03 (001) : Molecular Dynamics Simulations" Physical Review B. 56. 13535-13542 (1997)
• [Publications] M.Kubo et al.: "Layer-by-Layer Homoepitaxial Growth Process of MgO (001) as Investigated by Molecular Dynamics,Density Functional Theory, and Computer Graphics" The Journal of Chemical Physics. 107. 4416-4422 (1997)