1998 Fiscal Year Annual Research Report

シリコン量子構造体の形成・物性制御と室温動作デバイスへの応用

Research Project

Project/Area Number	10305026
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Research Institution	Hiroshima University
Principal Investigator	宮崎誠一広島大学, 工学部, 助教授 (70190759)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	香野淳広島大学, 工学部, 助手 (30284160)
Keywords	シリコン / 量子構造 / 量子ドット / 減圧CVD / 自己組織化形成 / 原子間力顕微鏡 / 選択成長 / 表面化学結合
Research Abstract	室温動作するシリコン量子デバイスの実現に向け、SiH_4ガス減圧CVDの初期過程で実現されるSi量子ドットの自己組織化形成において、ドット形成位置の精密制御手法を開発する事を本年度の主たる目的とした。特に、Si量子ドット形成前のシリコン酸化膜(SiO_2)表面の化学結合状態を局所的に変化させて、Si核形成位置を自在に制御する手法の確立を目指した。薄膜SiO_2膜を形成したSi(100)基板と原子間力顕微鏡(AFM)探針間にクリーンルーム大気中で電圧印加し、探針走査後Siドットを形成すると、負バイアス印加した領域のみにSi量子ドットが選択成長することが明らかになった。これは、電界支援によって表面吸着水から発生するOH^-イオンがSiO_2表面と反応し、Si-OH結合が形成されたためと解釈できる。AFM探針のライン走査では、Si量子ドットがライン上に形成し、ライン近傍(<150nm)でのドット形成が顕著に抑制されることから、ドット成長には、反応前駆体(主に、SiH_2)の表面拡散が深く関与していることが示された。今後、2次元配列した微細電子エミッタを用いることで、規制配列したSi量子ドット高密度・一括形成できることが期待できる。現在Siの極微細電子エミッタアレーの開発に取り組んでいる。これまでに、Siエミッターにおける電子放出を量子論的に扱ったシュミレータを開発すると共に、電子ビームリソグラフィーとドライエッチング条件の最適化によって、Si基板上に幅30nmの精度で酸化膜パターンを形成する事にも成功している。今後、このパターンニングされたSiッ基板上にSi選択エピタキシャル成長し、所望の極微細Siエミッタアレーを形成する予定である。さらに、熱酸化膜表面のSi-OH結合は、Si-H結合に比べ熱的に安定であることに着目して、上記微細加工技術で形成したSi基板上のSiO_2パターンを希HF処理後熱酸化することで、熱酸化膜上にSi-OH結合で終端された領域を2次元的に形成し、この領域にSi量子ドットが選択的に形成することを確認した。また、この手法でドット成長の高い選択性を確保するには、熱酸化膜形成後の雰囲気制御が極めて重要であることも明らかになった。H_2雰囲気中で電子線誘起還元反応を促進させて、熱酸化膜表面に局所的にSi-OH結合で終端した領域を形成すれば、より高精度なドット位置制御が十分期待できる。形成したSi量子ドットの帯電状態は、AuコートAFM探針をケルビンプローブモード(ノンコンタクトモード)で駆動することで、局所表面電位変化として検出できることが明らかになった。

Research Products

(7 results)

All Other

All Publications (7 results)

[Publications] Seiichi Miyazaki: "Self-Assembling of Sl Quantum Dots and Its Application to Floating Gate Memory(invited)" Proc.of Intern.Microprocesses and Nanotechnology Conf.(1999)
[Publications] Khairurrijal: "Electron Field Emission from a Silicon Substrate Based on a Generalized Airy Function Approach" J.Vac.Sci.Technol.B17(2). (1999)
[Publications] Seiichi Miyazaki: "Luminescence Study of Self-Assembled,Silicon Quantum Dots" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.536. (1999)
[Publications] Seiichi Miyazaki: "Optical Properties of Self-Assembled,Nanometer Silicon Dots" Proc.of the 5th China-Japan Symp.on Thin Films. 37-42 (1998)
[Publications] Sun-an Ding: "Quantum Confinement Effect in Self-Assembled,Nanometer Silicon Dots" Appl.Phys.Lett.73. 3881-3883 (1998)
[Publications] Astushi Kohno: "Single Electron Charging to a Si Quantum Dot Floating Gate in MOS Structures" Extende Abstracts of the 1998 Intern.Conf.on Solid State Devices and Materials. 174-175 (1998)
[Publications] 宮崎誠一(Seiichi Miyazaki): "シリコン量子ドットの自己組織化形成と発光特性" 応用物理. 第67巻第7号. 807-811 (1998)

1998 Fiscal Year Annual Research Report

シリコン量子構造体の形成・物性制御と室温動作デバイスへの応用

Principal Investigator

宮崎 誠一 広島大学, 工学部, 助教授 (70190759)

Research Products

[Publications] Seiichi Miyazaki: "Self-Assembling of Sl Quantum Dots and Its Application to Floating Gate Memory(invited)" Proc.of Intern.Microprocesses and Nanotechnology Conf.(1999)

[Publications] Khairurrijal: "Electron Field Emission from a Silicon Substrate Based on a Generalized Airy Function Approach" J.Vac.Sci.Technol.B17(2). (1999)

[Publications] Seiichi Miyazaki: "Luminescence Study of Self-Assembled,Silicon Quantum Dots" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.536. (1999)

[Publications] Seiichi Miyazaki: "Optical Properties of Self-Assembled,Nanometer Silicon Dots" Proc.of the 5th China-Japan Symp.on Thin Films. 37-42 (1998)

[Publications] Sun-an Ding: "Quantum Confinement Effect in Self-Assembled,Nanometer Silicon Dots" Appl.Phys.Lett.73. 3881-3883 (1998)

[Publications] Astushi Kohno: "Single Electron Charging to a Si Quantum Dot Floating Gate in MOS Structures" Extende Abstracts of the 1998 Intern.Conf.on Solid State Devices and Materials. 174-175 (1998)

[Publications] 宮崎 誠一(Seiichi Miyazaki): "シリコン量子ドットの自己組織化形成と発光特性" 応用物理. 第67巻 第7号. 807-811 (1998)

宮崎誠一広島大学, 工学部, 助教授 (70190759)

[Publications] 宮崎誠一(Seiichi Miyazaki): "シリコン量子ドットの自己組織化形成と発光特性" 応用物理. 第67巻第7号. 807-811 (1998)