2019 Fiscal Year Research-status Report
外部電子エネルギー注入による埋もれた界面への量子ドット構造形成
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19K03694
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
遠田 義晴 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20232986)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノ構造形成 / シリコン酸化膜 / 電子線照射 / 還元反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、異種材料の界面を形成後、外部から電子線を照射することにより埋もれた界面を改質し、初期界面とは異なる界面構造を作り出したり界面に微細構造を作り出したりする新たな手法を開発する。そのため電子線照射が界面反応を引き起こす仕組みの解明と、その反応制御の最適化について研究を行う。また、開発した手法により、実際にナノサイズレベルのドット構造を埋もれた界面に形成する。以下に当該年度に得られた研究成果について述べる。
１．Siピラーの元素組成分析
シリコン基板上のシリコン酸化膜に、5kVから30kVの高電流密度電子線を照射し、走査電子顕微鏡（SEM）で観測される電子線照射領域での暗点部分を、走査型オージェ電子顕微鏡により元素組成分析した。その結果、SEMによる実験結果から予想されていた酸化膜中のSiピラー形成が、確かに生じていることを明確に証明することができた。電子線によりシリコン酸化膜がシリコンに還元された結果である。またシリコン／シリコン酸化膜界面領域で強い還元反応が生じていることを確認した。
２．フッ酸処理によるSiドット形成
上記で述べたSiピラーが形成されたシリコン酸化膜試料を、フッ酸溶液に浸漬した後、原子間力顕微鏡（AFM）により表面形状を観測した。シリコン酸化膜はフッ酸溶液によりエッチングされるが、Siピラーはエッチングされないため、シリコン基板上にSiドットとして残存することを確認した。以上の結果は、電子線照射による還元反応現象が、微細ナノ構造を形成する新しい手法として利用できることを示唆する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（理由）
ほぼ研究計画通りに進展しているが、結果の再現性に多少の問題がある。実験条件をさらに最適なものにする必要がある。
今後も精緻な実験を継続する。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の知見に基づき、Siドット形成に最適な電子線エネルギーや照射時間を求める。最適条件は、Siドットサイズの最小化と表面領域と界面領域での還元領域の分離である。
電子線照射後、フッ酸処理により表面領域のSiO2膜をエッチングし、SiO2/Si界面の還元領域のみ残す。これによりに埋もれたSiドットを形成する。形成したSiドットのサイズや位置を、断面SEM、AFM、透過型電子顕微鏡(TEM)により調べる。その結果をもとに、電子線照射条件やエッチング条件をさらに再評価し、最適なSi量子ドットを作製する。
電子線照射によりSiO2/Si試料にSiドットを形成し、その後試料を真空加熱しSiO2膜を熱分解脱離させvoidを形成する。この時voidとSiドットの形成位置の相関関係を調べる。相関関係が認められた場合、リング構造形成プロセスまで進めプロセス温度の低温化も含め位置制御した微細リング構造形成技術を確立する。相関関係が認められない場合、Siドットサイズの最適化等の形成条件を工夫し、void位置制御を再度試みる。
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| Causes of Carryover |
（理由）
学会の中止により、旅費が抑えられた。
（使用計画）
次年度の国内研究発表のための旅費として追加する。
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