極微電気化学反応によるナノメートル構造の製作と応用

1995 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 06044139
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 大阪大学 (1995); 東京国立博物館 (1994)
• 研究代表者: 高井 幹夫 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (90142306)
• 研究分担者: SEIDL Albert マークデブルク大学, 電子工学科, 教授 ; LANG Walter フラウンホーファー固体工学研究所, 研究員 ; BOLLMANN Die フラウンホーファー固体工学研究所, 研究員 ; BUCHNER Rein フラウンホーファー固体工学研究所, 研究員 ; HABERGER Kar フラウンホーファー固体工学研究所, 部長 ; RUGE Ingolf フラウンホーファー固体工学研究所, 所長 ; 柳沢 淳一 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (60239803) ; 弓場 愛彦 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (30144447)
• 研究期間 (年度): 1994 – 1995
• キーワード: 極微電気化学効果 / ナノメートルプロセス / STM探針 / イオン散乱法 / 多孔質シリコンデバイス / ナノ構造 / ビームプロセス / 電界蒸発

研究概要

1.日本側研究者がドイツの相手側研究所へ出張し、双方のこれまでの研究実績に関し情報交換した。ドイツ側研究所においては、相手側でこれまで研究されてきているマイクロセンサー、インテリジェントセンサー、マイクロアクチュエーターおよび多孔質シリコンデバイス等の進捗状況、現状の問題点について検討を行い、次世代素子設計製作のための方針を打ち合わせした。
2.日本側の試料を用いた基礎実験をドイツに滞在して行った。併せて、国際会議に出席し、現状のプロセス技術の限界とその問題点および次世代ナノメートルプロセスについて調査研究した。
3.ドイツから研究者を招へいし、特に日本側でこれまで行ってきた、ビームプロセスの限界とこれをしのぐ技術としての走査型トンネル顕微鏡(STM)探針による加工結果に関する検討を行い、この技術をさらに溶融金属を用いた極微電気化学効果による加工法とするための技術的検討と基礎実験を行い、加工装置の改良設計を行った。
4.日本側で開発したSTMおよび中エネルギーイオン散乱法(MEIS)によるナノ構造分析技術の成果を用いた新しいナノメートルプロセスの評価を日独共同で行った。
5.シリコンナノ構造のデバイスへの応用として、n形多孔質シリコン電界放出源を開発し、その特性評価を行った。
6.STM探針を用いた溶液中でのパルス電圧印可による極微電気化学反応を利用した局所加工をHOPG、S終端GaAs、H終端Si等に対して行い、その堆積加工最小線幅、堆積速度、再現性・制御性等について考察を行った。
(1)堆積加工最小線幅は、溶液中の電気化学反応を利用する場合には、数百ナノメートル以上となることが明らかとなった。
(2)大気中の化学反応では、その最小加工線幅がナノメートル域で制御できることを明確にした。
(3)ガス雰囲気中の極微化学効果による堆積加工では、数十ナノメートルの堆積制御が可能であるが、ガス中不純物による汚染の影響があることが判明した。
7.STM探針によりナノメートルサイズで任意の金属堆積を可能とする新しい堆積加工技術を大気中における局所電界蒸発を利用することにより実現できることを初めて明らかにした。
(1)STM探針に数種の金属元素よりなる蒸着層を電気化学効果あるいは物理蒸着により形成
(2)この探針と試料間にミリ秒の電圧パルスを印可することにより、STM探針上金属の電界蒸発を誘起
(3)STM探針と試料間のパルス電圧を制御することにより、探針上の各々の金属に対する電界蒸発のしきい値を制御
(4)狙った元素を狙った位置にナノメートルの精度で堆積
この方法により、STM探針による極微電気化学反応における最小加工線幅と堆積金属の選択性の限界を克服することが可能となった。
8.本研究により開発した局所領域への任意の金属層堆積技術とエッチング加工技術を用いて、センサーのためのナノ構造インターディジタル電極の試作を行った。
9.ナノ構造デバイスのための極微電極形成とシングルエレクトロンデバイスへの応用をさらに進めている。

研究成果

• [文献書誌] H.Andoh: "Nanoscale Deposition from a Metal-Covered Scanning Tunneling Microscope Tip" J.Appl.Phys.(in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Andoh: "Nanofabrication with a Metal-Covered Scanning Tunneling Microscope Tip" Physica A. (in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N.Yokoi: "Surface Structure of (NH_4)_2S_x-treated GaAs (100) Studied in an Atomic Resolution" Appl.Phys.Lett.64. 2578-2580 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N.Yokoi: "Atomic Sites of S on (NH_4)_2S_x-Treated GaAs (100) Surface" Jpn.J.Appl.Phys.33. 7130-7134 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N,Yokoi: "Atomic Scale Characterization of (NH_4)_2S_x-Treated GaAs (100) Surface" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.332. 489-494 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Enhanced Electron Emission from N-type Porous Si Field Emitter Arrays" Appl.Phys.Lett.66. 422-423 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Enhancement in Emission Current from Dry-Processed N-type Si Field Emitter Arrays after Tip Anodization" J.Vac.Sci.Techn.B13. 441-444 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Fabrication of N-Type Porous Si Field Emitter Arrays and Their Characteristics" Proc.of thr 2nd Asia Symp.Information Display (Technical Report of IEICE). EID94-58. 81-86 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Nuclear Microprobe Development and Application to Microelectronics" Nucl.Instr.and Methods. B85. 664-675 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Application of Focused Ion Beams to Nondestructive Analyses" Nucl.Instr.and Methods B. B96. 176-186 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Mimura: "Development of a 200 kV FIB System for Nondestructive Three Dimensional Surface Analysis" Nucl.Instr.and Methods. B85. 756-759 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Mokuno: "Me V Heavy Ion Microprobe PIXE for the Analysis of the Materials Surface" Nucl.Instr.and Methods. B85. 741-743 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Application of Nuclear Microprobes to Semiconductor Process Developments" Nucl.Instr.and Methods B. B104. 501-507 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kishimoto: "Three Dimensional Surface Analysis System Using a Compact Nuclear Microprobe System" Nucl.Instr.and Methods B. B104. 52-54 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Andoh: "Nanoscale Deposition from a Metal-Covered Scanning Tunneling Microscope Tip" J.Appl. Phys.(in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Andoh: "Nanofabrication with a Metal-Covered Scanning Tunneling Microscope Tip" Physica A. (in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N.Yokoi: "Surface Structure of (NH_4) _2Sx-treated GaAs (100) Studied in an Atomic Resolution" Appl. Phys. Lett.64. 2578-2580 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N.Yokoi: "Atomic Sites of S on (NH_4) _2Sx-Treated GaAs (100) Surface" Jpn. J.Appl. Phys.33. 7130-7134 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N.Yokoi: "Atomic Scale Characterization of (NH_4) _2Sx-Treated GaAs (100) Surface" Mat. Res. Soc. Symp. Proc.332. 489-494 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Enhanced Electron Emission from N-type Porous Si Field Emitter Arrays" Appl. Phys. Lett.66. 422-423 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Enhancement in Emission Current from Dry-Processed N-type Si Field Emitter Arrays after Tip Anodization" J.Vac. Sci. Technol.B13. 441-444 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Fabrication of N-type Porous Si Field Emitter Arrays and Their Characteristics" Proc. of the 2nd Asian Symp. Information Display (Technical Report of IEICE). EID94-58. 81-86 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Nuclear Microprobe Development and Application to Microelectronics" Nucl. Instr. and Methods. B85. 664-675 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Applications of Focused Ion Beams to Nondestructive Analyzes" Nucl. Instr. and Methods. B96. 179-186 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R.Mimura: "Development of a 200kV FIB System for Nondestructive Three Dimensional Surface Analysis" Nucl. Instr. and Methods. B85. 756-759 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Mokuno: "Me V Heavy Ion Microprobe PIXE for the Analysis of the Materials Surface" Nucl. Instr. and Methods. B85. 741-743 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Takai: "Applications of Nuclear Microprobes to Semiconductor Process Developments" Nucl. Instr. and Methods. B104. 501-507 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Kishimoto: "Three Dimensional Surface Analysis System Using a Compact Nuclear Microprobe System" Nucl. Instr. and Methods. B104. 52-54 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より