次世代シリコンデバイス機能創出のためのドーパントの多様化

• 研究課題/領域番号: 24246017
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 三木 一司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子材料ユニット, グループリーダー (30354335)
• 研究分担者: 深津 晋 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (60199164)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円); 2014年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2013年度: 27,170千円 (直接経費: 20,900千円、間接経費: 6,270千円); 2012年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
• キーワード: ドーパント / エピタキシャル成長 / ナノ構造 / EXAFS / レーザアニール / シリコン / アニール

研究成果の概要

LSI技術では、シリコン結晶の一部をドーパント原子に置換してキャリア源として利用されてきた。近年研究が盛んになって来た量子情報処理デバイスやスピントロニクスデバイスの開発には、シリコン結晶中の一部を磁性不純物原子に置換してスピン源としての利用が不可欠となる。
本研究では、ナノ構造の特異性を活用して、高濃度のスピン源不純物δドーピング技術の基盤技術を確立した。高濃度のδドーピングはビスマスとマンガンで実現できた。前者は10K程度での利用に限定されるが、多くの研究機関でシリコン結晶中ビスマスドーパントが検討されているように有望な量子情報プラットフォーム候補である。

研究成果

• [国際共同研究] ユニバーシティ カレッジ ロンドン(英国)
• [雑誌論文] Mn Silicide Nanowires on the Si(001)-2×1 Surface Having Anisotropic Strain Fields with Bi Nanolines (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Miki, Hongjun Liu and James H. G. Owen
  • 雑誌名: ECS Trans 巻: 50(6) 号: 6 ページ: 17-23
  • DOI: 10.1149/05006.0017ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Degenerate electronic structure of reconstructed MnSi1.7 nanowires on Si(001) (2012)
  • 著者名/発表者名: H.J. Liu, J.H.G. Owen, K. Miki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 24 号: 9 ページ: 095005-095005
  • DOI: 10.1088/0953-8984/24/9/095005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of highly concentrated Bi donors wire-σ-doped in Si (2012)
  • 著者名/発表者名: Koichi Murata, P'eter Lajos Neumann, Tamotsu Koyano, Yuhsuke Yasutake, Kohichi Nittoh, Kunihiro Sakamoto, Susumu Fukatsu, and Kazushi Miki.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 号: 11S ページ: 11PE05-11PE05
  • DOI: 10.1143/jjap.51.11pe05
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties in Transparent-Conductive Cerium-Doped In2O3 Films (2012)
  • 著者名/発表者名: Natsuki Mori, Jun-ichi Ueno, Yusuke Uesugi, Kazushi Miki
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 10 ページ: 471-475
  • NAID: 130004438830
  • 査読あり
• [学会発表] Fluorescence XAFS investigation on Bi wire-delta-doping into Si crystal (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Miki, Koichi Murata, Kiyofumi Nitta, Tomoya Uruga, and Yasuko Terada
  • 学会等名: Symposium on Surface and Nano Science 2016 (SSNS’16)
  • 発表場所: 富良野市
  • 年月日: 2016-01-15
  • 国際学会
• [学会発表] 222.Bi wire-delta-doping into Si crystal,investigated with wavelength dispersive fuorescence XAFS (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Miki, Koichi Murata, Kiyofumi Nitta, Tomoya Uruga, and Yasuko Terada
  • 学会等名: Atomic Level Characterization symposium 2015 (ALC'15)
  • 発表場所: 島根市
  • 年月日: 2015-11-28
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic structure of Si(110)-(16×2) Surface (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Miki, and Martin Setvin
  • 学会等名: 1st Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces (APSSS-1)
  • 発表場所: ウラジオストック、ロシア
  • 年月日: 2015-09-30
  • 国際学会
• [学会発表] IV族半導体へのMnδドーピング : 界面ナノ構造の利用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村田 晃一，三木一司，新田 清文, 金澤 孝, 坪松 悟史, 日塔 光一, 坂田 修身, 寺田 靖子，宇留賀 朋哉
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 平塚市
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] Bi 原子細線をドーパント源とするSi 結晶中のBi δドーピング法：キャリア輸送特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三木 一司，金澤 孝，村田 晃一, 日塔 光一
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 平塚市
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] STM Observation on Si(110)-(16×2) Surface (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Miki, and Martin Setvin
  • 学会等名: Symposium on Surface and Nano Science 2015 (SSNS’15)
  • 発表場所: 富良野市
  • 年月日: 2015-01-17
• [学会発表] ビスマス原子細線の3Dイメージング:Si(001)表面構造から Si 結晶中ドーパント源としての埋め込み構造まで (2014)
  • 著者名/発表者名: 三木 一司
  • 学会等名: 第一回「3D活性サイト科学」公開ワークショップ（主催：新学術領域研究「３Ｄ活性サイト科学」、SPring-8ユーザー協同体表面界面研究会、同薄膜ナノ構造研究会、同原子分解能ホログラフィー研究会等）
  • 発表場所: 大阪府
  • 年月日: 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] ナノスケールの光を使った機能性材料 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三木 一司
  • 学会等名: 防衛大学校機能材料工学科４年生向け課外講演
  • 発表場所: 横須賀市
  • 年月日: 2014-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] 界面ナノ構造を利用したIV族半導体へのMn δドーピング (2014)
  • 著者名/発表者名: 三木一司，村田 晃一，新田 清文, 坪松 悟史, 金澤 孝, 坂田 修身, 寺田 靖子，宇留賀 朋哉
  • 学会等名: 応用物理学会2014秋季講演会
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-09-20
• [学会発表] Bi 原子細線をドーパント源とするSi 結晶中のBiδドーピング法：アニール温度の再考 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金澤 孝，村田 晃一, 日塔 光一, 三木 一司
  • 学会等名: 応用物理学会2014秋季講演会
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] Bi 原子細線をドーパント源とするSi 結晶中のBiδドーピング法： EXAFSによるドーピング機構解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村田晃一，新田清文, 宇留賀朋哉, 寺田靖子, 日塔光一, 坂田修身, 三木一司
  • 学会等名: 応用物理学会2014秋季講演会
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] STMを用いたSrTiO3表面の平坦性と還元条件の評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤牧拓郎、渡辺達也、三木一司、白木一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 平塚市
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] Si(001)表面上へのMn 鎖及びMn シリサイド細線の形成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三木一司
  • 学会等名: 第23回シリサイド系半導体研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] EXAFS 法によるSi 結晶中のBi δドーピング層形成過程の研究3:埋め込みBi 原子細線構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村田晃一、新田清文、宇留賀朋哉、寺田靖子、矢代航、日塔光一、坂田修身、三木一司
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 相模原市
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] Si 結晶中へのMn δドーピング: キャリア輸送特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村田晃一、坪松悟史、金澤孝、古谷野有、日塔光一、三木一司
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 相模原市
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] Molecular ordering on one-dimensional Si(110)- and Ge(110)-16×2 surfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, K. Miki1, T. Ishizu and M. Sasaki
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12)/21th International colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM21)
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2013-11-07
• [学会発表] EXAFS study on local structures around Bi atoms in Bi wire-delta-doped Si crystal (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Murata, K. Nitta, Y. Terada, T. Uruga, K. Nittoh, O. Sakata, and K. Miki
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12)/21th International colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM21)
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2013-11-06
• [学会発表] EXAFS法によるSi結晶中のMnドーピング層形成過程の研究‐シリサイド化の検出‐ (2013)
  • 著者名/発表者名: 三木 一司、村田晃一、新田清文、宇留賀朋哉, 寺田靖子, 日塔光一, 坂田修身
  • 学会等名: 応用物理学会2013秋季講演会
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 2013-09-18
• [学会発表] Mn Doping into Si (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kanazawa, Koichi Murata,Satoshi Tsubomatsu and Kazushi Miki
  • 学会等名: The international workshop on Science and Patents (IWP)
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2013-09-06
  • 招待講演
• [学会発表] Activation of Highly Concentrated Bi Donors in Wire--doped Si by Laser Annealing
  • 著者名/発表者名: K. Murata, Y. Yasutake, K. Nittoh, K. Sakamoto, S. Fukatsu, and K. Miki
  • 学会等名: The 2012 Materials Research Society (MRS) Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
• [学会発表] Bi wire-d-doping on Si (211) for XSTM observation
  • 著者名/発表者名: K. Murata, Y. Yasutake, K. Nittoh, K. Sakamoto, S. Fukatsu, and K. Miki
  • 学会等名: The 17th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2012)
  • 発表場所: Nara
• [学会発表] Mn silicide nanowires on the Si(001)-2×1 surface having anisotropic strain fields with Bi nanolines
  • 著者名/発表者名: Kazushi Miki and Hongjun Liu, and James H. G. Owen
  • 学会等名: the 222nd ECS Meeting
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii,, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Si(110)2×16表面構造の局所電子構造3：ペンタゴン構造の位置
  • 著者名/発表者名: 三木一司，M. Setvín, V. Brázdová, D. R. Bowler，富松宏太、中辻寛、小森文夫
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山、愛媛
• [学会発表] Si結晶中への多元素重畳δドーピング：多元素ドーパント源の形成
  • 著者名/発表者名: 三木一司, J.H.G. Owen
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山、愛媛
• [学会発表] Si(211) 基板上へのBi ドーピング層成長
  • 著者名/発表者名: 村田晃一，安武裕輔, 日塔光一, 坂本邦博, 深津晋, 三木一司
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山、愛媛
• [学会発表] Si 結晶中のBi & Er 重畳δドーピング層のハイブリッドレーザアニール活性化2
  • 著者名/発表者名: 村田晃一，安武裕輔, 日塔光一, 坂本邦博, 深津晋, 三木一司
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山、愛媛
• [学会発表] EXAFS 法によるSi 結晶中のBiドーピング層形成過程の研究2: 埋め込みBi 原子細線構造中のBi-Si 隣接局所構造
  • 著者名/発表者名: 村田晃一, 新田清文, 宇留賀朋哉, 寺田靖子, 矢代航, 日塔光一, 坂田修身, 三木一司
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山、愛媛
• [学会発表] Ｘ線多波回折現象を利用した位相計測とその応用― 放射光照射効果のその場観察
  • 著者名/発表者名: 矢代航, 依田芳卓, 三木一司、高橋敏男
  • 学会等名: 第32回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 仙台、宮城
• [学会発表] Ｘ線多波回折現象を利用した位相計測― 放射光照射効果のその場観察
  • 著者名/発表者名: 矢代航, 依田芳卓, 三木一司、高橋敏男
  • 学会等名: 第26回放射光学会
  • 発表場所: 名古屋、愛知
• [学会発表] Bi 原子細線構造を利用したSi 中へのMnドーピング
  • 著者名/発表者名: 坪松悟史、村田晃一、古谷野有、日塔光一、三木一司
  • 学会等名: 2013年春季 第60回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川
• [学会発表] 高濃度G-center導入Siの蛍光の動的挙動
  • 著者名/発表者名: 大村史倫、村田晃一、安武裕輔、三木一司、深津晋
  • 学会等名: 2013年春季 第60回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川
• [備考] 国立研究開発法人物質・材料研究機構 半導体ナノ界面グループ ホームページ
  • URL: http://www.nims.go.jp/nanoarchi_gr/
• [備考] NIMS界面機能グループ
  • URL: http://www.nims.go.jp/nanoarchi_gr/