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2011 Fiscal Year Annual Research Report

多重チャネリングイオン注入により配向制御した単結晶Siナノワイヤーの創出

Research Project

Project/Area Number 21360157
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

伊藤 隆司  東京工業大学, ソリューション研究機構, 特任教授 (20374952)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 黒木 伸一郎  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (70400281)
中島 安理  広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 准教授 (70304459)
Keywordsイオン注入 / チャネリング / 多結晶シリコン / ナノワイヤー / 結晶配向
Research Abstract

本研究は,絶縁膜上の非晶質SiのCWグリーンレーザ照射による大結晶グレイン化とSiイオン注入による多重チャネリングを活用した3軸結晶配向制御を組み合わせ,Si単結晶ナノワイヤーを創出する新規技術を開発するものである.ユビキタスネットワーク時代に必須の3次元LSI用薄膜トランジスタ技術の基礎を確立することが目標である.CVDによる多結晶Si膜のグレインへのダブルSiイオン注入実験において,チルト角0度による(110)および45度による(100)のダブルチャネリングによりIn-planeXRDブラッグ角28.4°の(111)面及び47.3。の(220)面のSi膜結晶配向が増強されることを確認した.この知見を踏まえて,さらなるチャネリングの高効率化を目指した.チルト角0度および60度のダブルSiイオン注入を新たに採用することにより両方向とも最も効果的な(110)ダブルチャネリングを発生させ,イオン注入投影面内方向が(111)に規定される可能性があることを実験的に確認した.
電子ビーム露光により100-800nm幅にパターン形成した非晶質Si膜を用いSiナノワイヤーを作成した.CWグリーンレーザ照射により多結晶化配向に端面効果が現れることを見出した.ナノワイヤー幅が200nm以下では側面が(111)に強く規定されるSi結晶グレインが支配的になり,他の結晶面は消滅する傾向を見出した.CWグリーンレーザ結晶化によれば,スキャン方向面が(110),これに垂直な面が(111),表面が(211)に優先配向することが前年に確認されているので,この現象は3軸配向制御の狙いに整合する.ナノワイヤー表面は(211)が支配的であることを基本にし,±30度の<110>方向からのダブルイオン注入が効果的なチャネリングであることを見出した,このダブルチャネリングを施したSiナノワイヤーにおいても端面効果は顕著であり,Siナノワイヤーの幅の縮小とともに高次の結晶面が低減することを確認した.Out-of-plane XRDおよび直行する2方向からのIn-plane XRDにより上記の方法により結晶化したSi膜を解析し,ダブルチャネリングにより規定される結晶核から固相成長する速度は(110)が他の結晶面より速いため,この面方位に向かって約0.5%の圧縮歪が発生することを明らかにした。さらに,試作したSi薄膜トランジスタの電子移動度の面内ばらつき要因を明らかにし,特性ばらつきを低減する構造の有効性を検証した。

  • Research Products

    (8 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] In-Plane Grain Orientation Alignment of Polycrystalline Si Films by Normal and Oblique-Angle Ion Implantations2012

    • Author(s)
      A.Nakajima
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: 51 Pages: 04DH03-1-04DH03-4

    • DOI

      10.1049/el.2011.2854

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strain-Induced Back Channel Electron Mobility Enhancement in Polycrystalline Silicon Thin Film Transistors Fabricated by Continuous-Wave Lateral Crystallization2011

    • Author(s)
      S.Fujii
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: 50 Pages: 4DH10-1-04DH10-5

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.04DH10

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Functional gate metal-oxide-semiconductor field-effect transistors using tunnel injection/ejection of trap charges enabling self-adjustable threshold voltage for ultra low power operation2011

    • Author(s)
      A.Nakajima
    • Journal Title

      Appl.Phys.Lett.

      Volume: 98 Pages: 053501-1-053501-3

    • DOI

      10.1063/1.3549178

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Seed-Free Fabrication of Highly Bi-Axially Oriented Poly-Si Thin Films by Continuous-Wave Laser Crystallization with Double-Line Beams2011

    • Author(s)
      S.Kuroki
    • Journal Title

      J.Electrochem.Soc.

      Volume: 158 Pages: H924-H930

    • DOI

      10.1149/1.3610410

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Carrier transport and its variation of laser-lateral-crystallized poly-Si TFTs2011

    • Author(s)
      S.Kuroki
    • Journal Title

      Electronics Letters

      Volume: 47 Pages: 130.34.198.5.1-2

    • DOI

      10.1049/el.2011.2854

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Alignment of In-Plane Crystallographic Grain Orientations in Polycryst alline Si Films by Normal and Oblique-Angle Ion Implantations2011

    • Author(s)
      A.Nakajima
    • Organizer
      2011 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Place of Presentation
      愛知県産業労働センター
    • Year and Date
      2011-09-29
  • [Presentation] Crystal Growth of Highly Biaxially-Oriented Poly-Si Thin Films by W-Line Beam Continuous-Wave Laser Lateral Crystallization2011

    • Author(s)
      S.Kuroki
    • Organizer
      The 18th International Workshop on Active Matrix Flat Panel Displays and Devices
    • Place of Presentation
      東京工業大学ディジタル多目的ホール(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-13
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.sse.ecei.tohoku.ac.jp/research.html

URL: 

Published: 2013-06-26  

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