電子線と粒子線の組み合わせによるナノ構造作製と物性評価

• Project/Area Number: 17710120
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 三石 和貴 National Institute for Materials Science, 量子ドットセンター, 主任研究員 (40354328)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2007: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2005: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 電子線誘起蒸着 / ナノ構造作製 / EBID / CVD

Research Abstract

基板上に原料となる金属などの物質を含むガスを流し、そこに収束した粒子線や電子線を照射することでビームを当てた所にのみ局所的に所望の物質を蒸着する手法を収束イオンビーム化学気相成長(FIB-CVD)または、電子線誘起蒸着(EBID)という。 これらの手法は既にいくつかのグループによって研究されており、リソグラフィーで用いられるマスクの局所的な補修や、電界放射銃のチップへの応用の試みなどがなされている。しかし、この手法によってナノ構造を作製するには、電子線によって分解し、かつ適度な蒸気圧を持つ原料ガスが必要であり、任意の物質によってナノ構造を作製することは困難である。
本研においては、粒子線による研磨と組みあわせることで、電子線誘起蒸着では適切な原料ガスが存在しないために作製困難な物質によるナノ構造作製を目的とする。 具体的には、基板に対して作製したい形状を電子線誘起蒸着によってナノマスクとして蒸着し、それを粒子線により研磨することで、あらゆる物質での名の構造の作成をこれまでにないサイズで実現する。
平成19年度は、ヘテロ構造をもった基板に対して本手法を用いることで微小サイズの2重障壁共鳴トンネルダイオード構造(DB-RTD)を作製し、AFMによってその伝導特性を評価した。基板はGaAs(100)に対して、MBEでAlAs層を作製し、7nmのGaAs井戸と、13MLのAlAsバリアを作製した。得られた構造のサイズは、最小で約50nmであった。 得られた構造に対して、AFMを用いてI-V特性を測定した結果、DB-RTDに特徴的な非線形な振る舞いが観察され、本手法を用いたナノ構造作製が、ナノデバイス作製にも有効であることが示された。

Research Products

• [Journal Article] Mean free path of inelastic electron scattering in elemental solids and oxides using transmission electron microscopy: Atomic number dependent oscillatory behavior (2008)
  • Author(s): Iakoubovskii. K、三石和貴、中山佳子、古屋一夫
  • Journal Title: Phys. Rev. B 77
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-resolution electron microscopy of detonation nanodiamond (2008)
  • Author(s): Iakoubovskii. K、三石和貴、古屋一夫
  • Journal Title: NANOTECHNOLOGY 19
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 電子線照射効果を用いたナノ構造作製 (2006)
  • Author(s): 三石和貴, 劉志権, 下条雅幸, 竹口雅樹, 田中美代子, 古屋一夫
  • Journal Title: 顕微鏡 41 Pages: 164-164
  • NAID: 10018791256
• [Journal Article] Ultrahigh-vacuum third-order spherical aberration (Cs) corrector for a scanning transmission electron microscope (2006)
  • Author(s): 三石和貴, 竹口雅樹, 近藤行人, 細川史夫, 三宮工, 古屋一夫
  • Journal Title: MICROSCOPY AND MICROANALYSIS 12 Pages: 456-456
• [Journal Article] TEM sample preparation using a new nanofabrication technique combining electron-beam-induced deposition and low-energy ion milling (2006)
  • Author(s): 三石和貴, 下条雅幸, 竹口雅樹, 宋明暉, 古屋一夫
  • Journal Title: MICROSCOPY AND MICROANALYSIS 12 Pages: 545-545
• [Journal Article] Proximity effect in electron-beam-induced deposition (2006)
  • Author(s): 三石和貴, 下条雅幸, 竹口雅樹, 田中美代子, 古屋一夫
  • Journal Title: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 45 Pages: 5517-5517
  • NAID: 10017998899
• [Journal Article] Nano-fabrication using electron-beam-induced deposition combined with low energy ion milling (2006)
  • Author(s): 三石和貴, 下条雅幸, 田中美代子, 古屋一夫
  • Journal Title: NUCLEAR INSTRUMENTS ＆ METHODS B 242 Pages: 244-244
• [Journal Article] Cs補正HAADF-STEMによるAlGaAs中のGaAs量子リングの観察 (2006)
  • Author(s): 三石和貴, 間野高明, 郭行健, 竹口雅樹, 小口信行, 古屋一夫
  • Journal Title: まてりあ 45 Pages: 854-854
• [Journal Article] 電子線誘起蒸着によるナノ構造の直接描画 (2005)
  • Author(s): 三石和貴, 下条雅幸, 古屋一夫
  • Journal Title: セラミックス 40・11 Pages: 949-949
  • NAID: 10016763925
• [Presentation] 共焦点走査型透過電子顕微鏡像の結像特性の検討 (2008)
  • Author(s): 三石和貴、竹口雅樹、下条雅幸、橋本綾子、古屋一夫
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部
  • Year and Date: 2008-03-30
• [Presentation] Scanning Confocal Electron Microscopy Image Calculation Based on Bloch Wave Method (2007)
  • Author(s): 三石和貴、竹口雅樹、下条雅幸、田中美代子、古屋一夫
  • Organizer: FEMMS2007
  • Place of Presentation: アメリカ・ソノマバレー
  • Year and Date: 2007-09-23
• [Book] Nanofabrication: Fundamentals and Applications 第7章 (2008)
  • Author(s): 三石和貴
  • Total Pages: 12
  • Publisher: World Scientific Publishing Co