2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of finishing methods for creation of atomically flat side-surfaces of three-dimensional nano-devices utilizing defect-site selective reactions
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20H02483
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
服部 賢 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (00222216)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
服部 梓 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80464238)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子平坦 / ファセット表面 / 側壁表面 / 三次元デバイス / ウェットプロセス / 走査電子顕微鏡 / 低速電子回折 / 電子状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は、Si(001)基板上の立体Si{111}ファセットライン構造を主な対象として、作製条件の調整を、走査電子顕微鏡(SEM)、低速電子回折(LEED)等を用いて行った。シャープなラインエッジの直線性形状(精度約±15 nm)をSEMで、立体ファセット表面の表面原子秩序(凹凸精度約0.02 nm)をLEEDで評価した。試料作製のポイントは、マスクパターン形成後のウェットエッチング処理(主成分はアルカリ性溶液)、及びその後の真空加熱処理にあることが分かった。表面凹凸領域の除去を目的とするエッチング処理では80℃にて約10～20 sが、エッチング処理で取り残された表面不純物サイトの除去を目的とする加熱処理では約1050℃短時間(<1 s)フラッシュ加熱2回が、最適であった。その結果、約20 nmのエッジ直線性形状、ファセット表面の{111}7×7超構造秩序を得ることができた。これらの成果は、三次元側壁面原子平坦仕上げ加工法の開発に向けたエッチング処理、加熱処理の粗調整ができたことを意味している。
また当該年度は上記に加えて以下の新たな進展があった。作製したSi(110)基板上、Si(001)基板上の立体Si{111}ファセットライン構造表面の電子状態を、角度分解光電子分光(ARPES)で評価したところ、平坦Si(111)7×7超構造表面と同等のバルクバンド分散、表面バンド分散が得られた。この明瞭なバンド分散の存在は、人工的に作製した立体構造表面を利用した将来の電子デバイス展開に発展することが期待できる。
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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
当初、平坦基板平面の走査トンネル顕微鏡(STM)による評価後に、立体構造体の形状や表面の評価を予定していた。しかし、昨年度と同様に、平坦基板平面のSTMによる評価は、（SEM評価やLEED評価と比べSTM評価実験遂行自身の困難さに加え）コロナ禍の影響による実験参加者の活動時間の低下により、やや遅れていた。そこで、当該年度は、短時間でより大きな成果が得られる立体構造体のSEM・LEED評価に先行して行った。その結果、既述の立体形状・表面秩序に関する堅実な研究成果を得た。従って、評価の順番を入れ替えたものの、概ね順調に研究は進行していると言える。
また、既述の立体構造体の表面電子状態に関しては、当初の予定にはなかったが、表面制御した立体構造特有の物性展開に大きな波及効果が得られることから評価を試みたところ、立体構造に起因する新奇で重要な電子状態を得ることができた。これは予想外の成果と位置付けられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに得られたSi立体構造体の立体形状、表面秩序に対するSEM評価やLEED評価の成果を基に、今後、表面局所構造に対する系統的なSTM評価に軸足を移す。そこでは、エッチング反応処理、加熱処理による立体表面制御に関する知見を得る。
また、付随して、将来の展開を見越して、作製した立体構造体の表面電子状態や磁性薄膜の特異磁性に関する研究も進める。
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