2021 Fiscal Year Annual Research 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表面界面に与える効果を詳細に分析し、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。以下に３年間に渡る研究により得られた研究成果について述べる。
１．電子線照射による還元とフッ酸処理によるSiドット形成：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すると、シリコン酸化膜が還元され深さ方向に伸びた還元Siピラーが形成される。この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、シリコン基板上にSiドットが形成されることを明らかにした。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。
２．電子線照射による表面形状の変化：電子線照射でシリコン酸化膜が還元されることにより、表面に大きな凹みが形成されることを見出した。この凹みが、酸化膜厚、電子線エネルギー、電子線密度にどのように依存するかを詳細に測定し、その形成過程を明らかにした。
３．電子線照射によるシリコン酸化膜ボイド形成制御：シリコン基板に形成した薄膜シリコン酸化膜を真空中で加熱すると、分解脱離反応が生じランダムな位置に基板まで貫通する微小穴（ボイド）が形成される。このボイドの位置を電子線照射により制御することを目的に、電子線照射後に通常より低温で真空加熱した。その結果、ある照射条件下でボイド形成を誘発させることが可能であることを明らかにした。電子線照射によりシリコン酸化膜が還元され、その還元シリコンが加熱によりシリコン酸化膜の分解を促進させたためと考えられる。
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