Realization of compressively strained silicon by defect control using ion implantation and application to high hole mobilty devices

• Project/Area Number: 24360001
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: Nagoya University (2013-2015); Tohoku University (2012)
• Principal Investigator: Usami Noritaka 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20262107)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ARIMOTO Keisuke 山梨大学, 総合研究部, 准教授 (30345699) ; SAWANO Kentaro 東京都市大学, 工学部, 教授 (90409376)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000); Fiscal Year 2014: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2013: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2012: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: 歪みシリコン / ヘテロ構造 / 分子線エピタキシー

Outline of Final Research Achievements

We obtained compressively strained silicon/silicon-carbon heterostructures on argon ion implanted silicon (100) substrates. The heterostructure was found to be stable at 800 degree Celsius and reduction of substitutional carbon was found with annealing more than 900 degree Celsius. Implantation energy must be smaller than 45keV to obtain high-quality heterostructures.

Research Products

• [Journal Article] Gas-source MBE growth of strain-relaxed Si1-xCx on Si(100) substrates (2013)
  • Author(s): Keisuke Arimoto, Shoichiro Sakai, Hiroshi Furukawa, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Noritaka Usami, Yusuke Hoshi, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki
  • Journal Title: J. Cryst. Growth Volume: 378 Pages: 212-217
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2012.12.152
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation of compressively strained Si/Si1-xCx/Si(100) heterostructures using gas-source molecular beam epitaxy (2013)
  • Author(s): Keisuke Arimoto
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: 362 Pages: 276-281
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2011.12.084
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Thermal stability of compressively strained Si/relaxed Si1-xCx heterostructures formed on Ar ion implanted Si (100) substrates (2016)
  • Author(s): You Arisawa, Yusuke Hoshi, Kentarou Sawano, Junji Yamanaka, Keisuke Arimoto, Chiaya Yamamoto, Noritaka Usami
  • Organizer: 8th International Conference on Si Epitaxy and Heterostructures
  • Place of Presentation: Nagoya University
  • Year and Date: 2016-06-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イオン注入を利用した圧縮歪みSi/緩和Si1-xCxヘテロ構造の作製におけるイオン注入条件の検討 (2016)
  • Author(s): 有澤洋、澤野憲太郎、宇佐美徳隆
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 微傾斜基板を用いた伸張歪みSi/緩和SiGe/Si(110)ヘテロ構造のモフォロジー及び素子特性 (2016)
  • Author(s): 宇津山直人、佐藤圭、山田 崇峰、有元圭介、山中淳二、中川清和、原康介、宇佐美徳隆、澤野憲太郎
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] イオン注入による欠陥制御を用いて作製した圧縮歪みSi/Si1-xCx ヘテロ構造の熱的安定性 (2015)
  • Author(s): 有澤洋、星裕介、有元圭介、山中淳二、中川清和、澤野憲太郎、宇佐美徳隆
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] Compressively strained Si/Si1-xCx heterostructures formed by Ar ion implantation technique (2015)
  • Author(s): Y. Hoshi, K. Arimoto, K. Sawano, Y. Arisawa, K. Fujiwara, J. Yamanaka, K. Nakagawa, and N. Usami
  • Organizer: 9th International Conference on Silicon Epitaxy and Heterostructures
  • Place of Presentation: Montreal
  • Year and Date: 2015-05-19
• [Presentation] Compressively strained Si/Si1-xCx heterostructures formed by Ar ion implantation technique (2015)
  • Author(s): Y.Hoshi, K.Arimoto, K.Sawano, Y.Arisawa, K.Fujiwara, J.Yamanaka, K.Nakagawa, and N.Usami
  • Organizer: The 9th International Conference on Silicon Epitaxy and Heterostructures (ICSI 9)
  • Place of Presentation: Montreal, Canada
  • Year and Date: 2015-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イオン注入成長法で作製した圧縮歪みSi/Si1-xCx/Si(001)構造MOSFETの電気特性評価 (2015)
  • Author(s): 中込諒、酒井翔一朗、藤原幸亮、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆、星裕介、澤野憲太郎
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2015-03-12
• [Presentation] 歪みSi/Si1-xCx/Si(001)ヘテロ構造の結晶性と不純物活性化過程との関係 (2015)
  • Author(s): 藤原幸亮、酒井翔一朗、小林昭太、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆、星裕介、澤野憲太郎
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2015-03-12
• [Presentation] Arイオン注入法を用いた圧縮歪み/緩和Si1-xCxヘテロ構造の作製 (2015)
  • Author(s): 有澤 洋, 星 裕介, 藤原 幸亮, 山中 淳二, 有元 圭介, 中川 清和, 澤野 憲太郎, 宇佐美 徳隆
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2015-03-12
• [Presentation] イオン注入法で作製した圧縮歪みSi/Si1-xCx/Si(001) 構造の結晶性及びデバイス特性評価 (2014)
  • Author(s): 中込諒、酒井翔一朗、藤原幸亮、古川洋志、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆、星裕介、澤野憲太郎
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] 2歪みSi/Si1-xCx/Si(001) 構造の不純物活性化過程における結晶性及び電気特性評価 (2014)
  • Author(s): 藤原幸亮、酒井翔一朗、古川洋志、井上樹範、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆、星裕介、澤野憲太郎
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] 圧縮歪みSi/Si1-xCx/Si(100)ヘテロ構造における炭素傾斜組成の電気伝導特性への効果 (2014)
  • Author(s): 酒井翔一朗、古川洋志、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆、星裕介、澤野憲太郎
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学
• [Presentation] 不純物イオン注入および熱処理がSi1-xCx層の結晶性に及ぼす影響 (2014)
  • Author(s): 藤原幸亮、酒井翔一朗、古川洋志、井上樹範、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆、星裕介、澤野憲太郎
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学
• [Presentation] イオン注入法がSi1-xCx/Si(001)構造の欠陥形成過程に及ぼす効果 (2014)
  • Author(s): 中込諒、酒井翔一朗、藤原幸亮、古川洋志、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆、星裕介、澤野憲太郎
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学
• [Presentation] ガスソースMBE法による圧縮歪みSi/緩和Sil-xCx /Siヘテロ構造の形成と構造評価 (2013)
  • Author(s): 古川洋志、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] 圧縮歪みSi/Si1-xCx/Si(100)構造を用いたMOSFETに関する研究 (2013)
  • Author(s): 中込諒、酒井翔一朗、藤原幸亮、古川洋志、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆、星裕介、澤野憲太郎、白木靖寛
  • Organizer: 第２回結晶工学未来塾
  • Place of Presentation: 学習院大学
• [Presentation] Si1-xCx混晶半導体の不純物活性化プロセスにおける結晶欠陥形成過程の解明 (2013)
  • Author(s): 藤原幸亮、酒井翔一朗、古川洋志、井上樹範、有元圭介、山中淳二、中川清和、宇佐美徳隆、星裕介、澤野憲太郎、白木靖寛
  • Organizer: 第２回結晶工学未来塾
  • Place of Presentation: 学習院大学
• [Presentation] Gas-source MBE growth of compressively strained-Si/Si1-xCx/Si(100) heterostructures (2012)
  • Author(s): S. Sakai, H. Furukawa, K. Arimoto, J. Yamanaka, K. Nakagawa, Y. Hoshi, K. Sawano, Y. Shiraki, N. Usami
  • Organizer: The 17th International Conference on Molecular Beam Epitaxy
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2012-09-27