2012 Fiscal Year Annual Research Report
シリコン系スーパーアトムの超高密度配列と量子物性制御
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24246054
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
宮崎 誠一 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70190759)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村上 秀樹 広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (70314739)
牧原 克典 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90553561)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | スーパーアトム / 配列制御 |
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| Research Abstract |
SiO2表面に局所的にSi-OH結合を形成することで、SiおよびSiGe量子ドットの配列を試みた。具体的には、p-Si(100)基板上に1000℃で膜厚~10nmのSiO2膜を形成後、EBリソグラフィーおよびHFによるwetエッチングにより、膜厚~5nm、線幅50~100nmのSiO2ラインパターンを形成した。その後、0.1%HF処理を行うことで、SiO2ライン表面をOH終端、Si表面をH終端した後、O2中雰囲気において800℃で熱酸化した。800?Cの熱処理においては、表面Si-OH結合は安定保持される一方、H終端Si表面にはSi-O-Si結合で終端された膜厚~1nmのSiO2膜が形成される。これにより同一基板内にライン状にOH終端したSiO2パターンが形成される。その後、同一チャンバー内で大気に曝すことなく、10%Si2H6のLPCVDによる初期核形成およびpure SiH4ガスのLPCVDによるSi 量子ドットの自己組織化形成を行った。Si2H6-LPCVDによる初期核形成を行わなかった場合、SiH4圧力100および20mTorrでは、酸素終端領域のドット密度は~7x10^9/cm^2に抑制されているものの、表面OH終端したSiO2ライン上でのドット密度も10^11cm-2には達してない。これに対して、400?C Si2H6- LPCVDによる初期核形成を行った場合、SiH4圧力を10mTorrに低減することで、選択性を大幅に向上して、SiO2ライン上で~1x10^11/cm^2のドット密度が得られた。これは、反応活性なOH終端表面には高密度に核形成されるが、酸素終端領域では、低温でのSi2H6-LPCVDにおいて核発生が抑制されることに加え、その後の低圧力SiH4-LPCVDでのドット成長において、臨界サイズに達しない初期核が熱解離するためと考えられる。
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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
本研究では、シリコン-ゲルマニウム系半導体量子ドットの多重連結によって生じる電子相関現象と機能を実験的に探索するため、量子ドットの一次元、二次元および三次元に高密度・近接規則配列するためのプロセス技術を開発することをことを目標・目的としている。本年度は、SiO2膜表面のOH結合終端領域に、Si量子ドットを同一基板内の酸素終端領域に対して選択比~58で選択成長させることができ、さらに~50nm幅のOH終端領域において、SiGe 量子ドットを一次元配列することに成功しており、概ね順調に進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、新たに原子状水素ビームやナノインプリント技術を活用して、極薄シリコン酸化膜表面を高空間精度で局所的に化学修飾改変することで、初期核発生位置の高精度制御を試みる。さらには、多重連結スーパーアトム系のキャリア輸送やダイナミックスを精査して、孤立した量子ドットにはみられない電子相関機能を明らかにする。
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