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ナノポアドーピングによるシリコン極限ナノシートの新規ナノ物性創出

Research Project

Project/Area Number 22K18799
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

森田 行則  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (60358190)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
KeywordsSOI / シリコン・オン・インシュレーター / ヘリウムイオン顕微鏡 / HIM / ナノポア / 量子閉じ込め / エッチング / フォトルミネッセンス / ナノシート / 二次元材料 / 超薄膜 / シリコン
Outline of Research at the Start

酸素分子によるSiエッチングによって、1nm以下まで薄膜化したシリコン極限ナノシートに対し、走査型ヘリウムイオン顕微鏡(HIM)を用いて局所的Heイオン照射を行い、数ナノメートル領域の材料物性制御(改質)を周期的に導入することで、シリコンの伝導特性や光学特性を変調させることを目指す。加工試料の電気的、光学的物性を計測することで、周期的ナノポアアレイドーピングによるナノ物性変調を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

令和5年度の概要は下記である。
酸素によるエッチングでおよそ1-3 nmまで薄膜化した(100)方位のシリコン・オン・インシュレーター(SOI)試料に対し、収束Heイオンビーム照射によるナノポアアレイ形成実験を行った。Heイオンビームは約0.35 nmに収束、加速電圧30 keVとし、ドーズ量を変調することによる加工形状の変化、欠陥発生に関し検討した。形状変化はHIMによる試料の二次電子像、欠陥は波長325 nm光を用いたフォトルミネッセンス法により評価した。Heイオンを照射した試料では、照射位置に明るい点が観察され、ドーズを増加するに従い照射領域中央部が「窪み」形状へと変化するのが観察された。SOIが薄いほど、加工に要するドーズが減少した。また、Heガス注入に起因する照射領域の盛り上がりが観察された。ナノポア形成前後の照射領域のフォトルミネッセンス計測を行ったところ、1128 nm付近のTO線の発光強度が40%程度減少したが、イオン照射による著しい欠陥増加は見られなかった。結晶構造を維持したまま数十ナノメートルスケールのナノポアアレイ加工が可能であることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1nm程度まで薄膜化した極薄シリコン層を形成して、実際のヘリウムイオン照射の実験を行った。極薄シリコン層が薄膜化すると、加工に要するHeイオンのドーズが減少することが分かった。実際に極薄シリコン層に対し規則的なナノポアアレイを形成する実験を行ったが、イオン照射による著しい欠陥増加は見られなかった。結晶構造を維持したまま数十ナノメートルスケールのナノポアアレイ加工が可能であることが明らかとなった。今後、SOI層の下部の埋め込み酸化膜を除去した、極薄Siの架橋構造を形成し、加工ドーズの減少と試料盛り上がりの抑制を行い、電気的特性、光学的特性変調の確認を進める。

Strategy for Future Research Activity

令和6年度には下記を進める予定である。 ナノポア加工のドーズを減少させ、かつHeガス注入に起因する試料の盛り上を抑制するため、SOI層の下部の埋め込み酸化膜を除去した極薄Siの架橋構造を形成する。この試料構造に対し、ナノポアの間隔等のパラメータを調整して加工したナノポアアレイによる光学特性変調の確認を進める。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2024 2023 2022

All Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] ヘリウムイオン顕微鏡技術による極薄シリコンナノシートへの直接ナノ加工2024

    • Author(s)
      森田行則、井上憲介、杉江隆一、小川真一
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Surface roughening and edge stability evaluation for Si(110) ultrathin nanosheet transistor channel2023

    • Author(s)
      Y. Morita, S. Nunomura, T. Irisawa, H. Ota
    • Organizer
      International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of atomic scale oxygen etching of Si(110) for nanosheet transistor application2022

    • Author(s)
      Y. Morita, S. Nunomura, T. Irisawa, H. Ota, K. Endo
    • Organizer
      35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

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