チャネリングイオンを用いた非晶質表面上への二次元人工結晶格子の作製

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09875005
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 堀田 将 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (60199552)
• Keywords: チャネリング / イオン注入 / シリコン / 人工格子 / 二次元 / 非晶質 / 単結晶膜

Research Abstract

基板の張り合わせとエッチングにより、100nm(100)Si/25nmSiO_2/(110)Si構造の試料を作製し、これにイオン注入装置で、加速エネルギー180KeV、ド-ズ量5x10^<15>cm^<-2>の条件にて、Ne^+イオンを(100)Si層にチャネリングさせてSiO_2層に照射した。その結果、以下の結論を得た。
1.イオン注入装置の試料ホルダーと試料との間に低熱伝導材料であるマイカを挟んでイオン注入を行い、その試料のRBSスペクトルを測定したとこ、SiO_2の酸素のアラインスペクトルとランダムスペクトルの後方散乱収率の比チャネリング収率χが68%という値を得た。これは、SiO_2中にコリメータ層である10nmSi層の<100>軸方向に沿って酸素原子の密度の少ない領域が形成されていることを示唆している。また、マイカを挟まないものは、χが約83%程度であった。このことは、マイカを挟むことによりイオンビームによる試料の加熱が促進されて、イオンビームによる(110)Si基板表面結晶の破壊が抑えられ、その結果、その領域でのNe^+の後方散乱粒子の数が減少し、構造変化したSiO_2層の破裂が抑制されたもとの推測される。
2.この結果に基づき、X線回折法によりSiO_2層内の周期構造の存在を検証したところ、コリメータ層の面間隔に相当する2θの角度にSiO_2層からピークが観測された。但し、このピークは、コリメータ層の結晶軸に対して3〜5°傾斜しており、その原因については、まだよく分っていない。これらのことから、チャネリングオンを用いることにより非晶質であるSiO_2層中に2次元人工格子が形成されたものと考えている。