電気化学的溶解過程における界面の不安定性とフラクタルパターン形成の研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06740311
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 早川 美徳 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (20218556)
• Keywords: 多孔質シリコン / フラクタル / 自己アフィン / 陽極酸化 / 結晶成長 / 空乏層 / 線形安定解析 / 半導体

Research Abstract

今年度はまず,再現性があり定量的な電気化学的溶解の実験系を構築するために,本研究用に最適化されたポテンショスタットと電解用セルを製作した.この装置によって,シリコンを沸酸水溶液中で陽極酸化する実験を行ったところ,これまで明確にされなかった多孔質シリコンが得られるパラメータ領域と電解研磨領域との転移が電流-電圧特性などから精密に測定できるようになった.
作成された試料について原子間力顕微鏡や電子顕微鏡によってその表面形態を測定・解析した.表面の形態が多孔質状から平滑な面状に転移する点近傍では,界面の形状が自己アフィンフラクタルであることを実験的に明らかにし,そのスケーリング指数を決定した.この時,表面の荒さの指数(ハ-スト指数)は0.85程度であって,従来までの理論やモデルの範囲では説明できないクラスに属することが示された.これらの知見から,シリコンのエッチング過程においては,結晶中の不純物分布などの空間的に固定された秩序が大域的パターンに影響しているものと示唆される.
さらに,半導体のエッチング過程の数理モデルを立て,界面の運動を線形安定解析し,実験結果との比較検討を行った.その結果,半導体界面における空乏層領域の存在とマクロスコピックなエッチングパターンの形態が密接に関係していることが示された.半導体の不純物濃度等を変えた系統的な実験により,モデルから予想されるパターンの転移条件が実験結果とよく一致することが明らかとなった.

Research Products

• [Publications] Masao Hayashi: "Study of the Instability of Silicon Surfaces through Anodization" Extended Abstracts of International Conference of AMDP. 1. 377-382 (1994)
• [Publications] 林政男: "陽極化成シリコン表面に形成されるナノ構造パターンのフラクタル解析" 電子情報通信学会技術研究報告. NLP94. 63-69 (1994)
• [Publications] Yoshinori Hayakawa: "Pattern Selection of Multicrack Propagation in Quenched Crystals" Physical Review E. 50. 1748-1751 (1994)