2020 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative formation of H-terminated Si atomic sheets by atomically controlled wet science
| Project/Area Number |
19H02478
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
有馬 健太 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10324807)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | ウェットエッチング / 金属アシストエッチング / Si表面 / 原子層シート / 自己組織化 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、複数の固液界面プロセスを巧みに操った独自のウェットシーケンスによりSi結晶層を加工し、横幅が任意の設定値を持つH終端化Si原子層シートを自己組織的に創製することである。
本年度は、基板となるSilicon-on-Insulator層（SOI層）の表面に微傾斜角を意図的に形成する試みを行った。具体的には、フッ化水素酸と酢酸、硝酸を適切な比で混合したエッチング液の上方から、SOI試料を浸漬するプロセスを構築した。これにより、SOI層表面に傾斜角を設けると共に、触診式粗さ計などを用いて、エッチング条件と微傾斜角の相関関係を調査した。続いて、得られた微傾斜SOI層表面を低溶存酸素水に浸漬することにより、ステップ／テラス構造から成る平坦表面が形成できることを確認し、そのサブミクロン領域での構造をプローブ顕微鏡観察により詳細に調査した。なお、低溶存酸素水は、半導体グレードの超純水に、脱酸素剤〔亜硫酸アンモニウム〕を溶解して得た。一方で、一連の実験を実施する中で、微傾斜角形成のためのエッチング時に除去されたSi原子の一部が、粒状となってSOI平坦表面に残留するという新たな課題を見出し、その対策を練った。
また、埋め込み酸化膜層の上に形成したSi原子層シートの原子構造をより正確に計測・評価するため、超高真空中で動作する非接触原子間力顕微鏡の開発と性能評価を進めた。
このように、最終的には、年度初めに提案した研究項目を着実に進めることができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度までに、Siバルク基板の表面上において、以下のプロセスから成るトータル・ウェットシーケンスを開発してきた。それらは、〔１〕原子平坦面から成るテラス／ステップ構造の形成、〔２〕ステップ端のみに選択的に金属原子を吸着する”めっき”プロセス、〔３〕原子ステップ端の金属ナノワイヤに沿った10 nm幅の溝加工 である。今年度は、上記シーケンスをSilicon-on-Insulator（SOI）層表面に適用することを主たる目的として、研究を実施した。入手できるSOI層表面には、オフ角（表面の傾き角）が無い点が、これまでに用いてきたSiバルク基板との大きな違いであったが、フッ化水素酸と酢酸、硝酸を適切な比で混合したエッチング液を準備し、SOI試料を一定速度でエッチング液上方から浸漬する独自の手法により、SOI層表面に微傾斜角が形成できることが分かった。また、得られた微傾斜SOI層表面に対して、主に〔１〕原子平坦面から成るテラス／ステップ構造 の形成を試み、Siバルク基板を用いた場合と同様の表面形態が実現できることを確認すると共に、SOI試料において現れる新たな課題を見出した。加えて、SOI層表面に形成されるSi原子層シートの原子構造を観察することを目的とした、非接触原子間力顕微鏡の開発と性能評価も引き続き実施した。
また、本研究の成果は、国内外の主要学会（精密工学会など）や国際会議にて積極的に発表を重ねている。このように、全体としては予定通りの進捗を得ると共に、本研究が順調に進行しているとの確かな手応えを得た。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、提案するトータル・ウェットシーケンスをSilicon-on-Insulator（SOI）層表面に適用することに挑戦し始め、SOI試料に特有の現象や課題を多く見出すことができた。次年度は、ウェットシーケンス自体の実験条件を更に最適化し、プロセスの高性能化を図ると共に、SOI層表面の加工を進め、Si原子層シートの形成に繋げたい。特に、SOI層の加工時に残留するSi系の微粒子汚染については、ウェット洗浄を積極的に取り入れるなどの方法により、解決を図りたいと考えている。また、次年度は最終年度でもあるため、学術雑誌への投稿を含めて、積極的に対外発表を行い、成果を世の中にアピールしたい。
|
Research Products
(8 results)
