単結晶アルミナとシリコンによる極薄膜多層構造の量子デバイス応用への基礎研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450118
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 石田 誠 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (30126924)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 澤田 和明 豊橋技術科学大学, 工学部, 講師 (40235461)
• Keywords: SOI構造 / 単結晶Al_2O_3薄膜 / MBE法 / エピタキシャル成長 / 薄膜シリコン / 量子デバイス

Research Abstract

単結晶絶縁膜と半導体による量子構造デバイスをめざす基礎研究として、単結晶Al_2O_3絶縁薄膜とSi単結晶薄膜を2〜5nm程度の極薄い膜厚で、交互に積層させた多層極薄膜構造を形成することを目的とする。そのため、各層間の界面の平坦性、急峻性、結晶の完全性について、成長方法・条件との関係を明らかにし、量子構造デバイス実現の基礎を確立する。
Alバッファ層の導入により数nmの単結晶絶縁薄膜とシリコン薄膜を平坦に交互に成長させる可能性が明らかになってきた。このことは、これまで不可能と思われてきた単結晶シリコンと単結晶絶縁膜を用いた量子構造デバイスの実現性にかなりめどが立ってきたといえる。この結果をもとに、単結晶シリコンと絶縁膜を介してのトンネル効果による2重障壁共鳴トンネル面電子放出源量子構造デバイスをめざすと、数nmの極薄膜成長の原子層レベルでの制御とその成長メカニズムの解明が必要となる。そのため、Alバッファ層の効果について検討を加え、成長モデルを提案することができた。(論文;印刷中)Alバッファ層アニール後のアルミナ基板表面の最上層原子がAl原子で覆われていることを同定し、その上に平坦なSi薄膜を成長できることが明らかになった。この結果は、他の酸化物基板についても良い情報を与えるであろう。また、Siの成長をnmの極薄膜で制御するために、オックスホード・アプライドリサーチ社の電子ビーム蒸着装置を用いてサファイア基板上にエピタキシャルSi薄膜を成長できることを実証できた。今後は、この薄膜の膜厚をin-situに観察しながら制御できるように進めていき、最終目的であるデバイスの評価を行っていきたい。

Research Products

• [Publications] M.Ishida et al.: "Effect of Al predeposition layer on epitaxial growth of Silicon on Al_2O_3/Si(III) substrates"Thin Solid Films. (in press). (2000)
• [Publications] M.Ishida et al.: "Very Thin and Soomth Epitaxial Al_2O_3 pre-layer on Si(III) using a protective oride layer and Al predeposition"Ext.Abstracts of The 18th Electronic Materials Symposium. 237-240 (1999)
• [Publications] H.Hori et al.: "Fabrication of the Si/Al_2O_3/SiO_2/Si structure by using the O_2 Annealed Al_2O_3/Si"Ext.Abstracts of the 1999 Int.Conf.on Solid State Devices and Materials. 494-495 (1999)
• [Publications] M.Ishida: "Fabrication of the Si/Al_2O_3/SiO_2/Si structure using O_2 annealed Al_2O_3/Si structure"Japan.J.Applied Physics. (in press). (2000)