半導体ナノ構造新物質の創製と機能デバイスへの応用

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455138
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 森崎 弘 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (00029167)
• 研究分担者: 小野 洋 電気通信大学, 電気通信学部, 助手 (00134867)
• キーワード: ナノ構造新物質 / クラスター / ダイヤモンドアンビル法 / 高分解能電子顕微鏡 / 価電子帯電子構造 / プラズモンエネルギー / 低誘電率材料

研究概要

1 Geナノ構造新物質の同定
我々の開発したクラスタービーム蒸着法によって、Geを約3〜4nmの極めて粒径のそろった球状のクラスタを形成できること、さらには、そのようなナノ構造がST-12構造と呼ばれるGeの高圧相に相変化を起すことを見い出しているが、今年度さらにその構造の詳しい評価を推進した。
まず、対向ダイヤモンドアンビル法を用いて単結晶バルクGeに高圧付加実験を行い、高圧相への相転移の様子を明らかにした。その結果、単に80kbarまでの圧力を印加しただけではST-12構造は出現せず、圧力を印加したままで10日程度放置した後、圧力を解放することによってST-12構造が出現することが明らかになった。また、バルクのST-12構造は常圧では準安定状態で、Arイオンレーザ光照射による温度上昇(150℃程度)でダイヤモンド構造に相変化することが認められた。このことは、Geナノ構造が700℃程度までの安定にST-12構造を保つことと対象的である。
Geナノ構造の結晶構造をさらに詳しく同定するために、高分解能電子顕微鏡による超微粒子像を観察し、さらにその微粒子のTEDパターンを解析した結果、結晶の面間隔がST-12構造の値と極めて良い一致を示した。また、X線光電子文法によってGeナノ構造膜のGeの価電子帯の電子構造及びプラズモンエネルギー分析を行い、いずれも結晶構造がダイヤモンド構造ではなく、ST-12構造であるという確証が得られた。
2 Siナノ構造新物質
前年度までの予備的実験によって、クラスタービーム法で形成されたSiナノ構造はBC-8と呼ばれるSiの高圧相を取るらしいという実験結果が得られていたが、本年度はこの実験をさらに進めて、高分解能電子顕微鏡による構造解析、薄膜X線回折実験によってその存在が確認できた。
3 SiOxナノ構造膜の低誘電率率材料への応用
Siのガス中蒸発法において、雰囲気ガスに酸素を一部導入することによって形成されたSiOx膜がLSI配線間用低誘電率材料に有望であることを見い出したが、これを特許化し、それをもとに共同研究をスタートさせる段階に至っている。

研究成果

• [文献書誌] S.Nozaki: "Germanium nanostructures deposited by the cluster-beam evaporation techique" J.Surface Analysis. 4(2). 181-184 (1998)
• [文献書誌] S.Rath: "Oxidation characteristics of Genanocrystals embedded in an SiO_2 matrix" J.Surface Analysis. 4(2). 251-254 (1998)
• [文献書誌] S.Sato: "Density of states of the tetragonal-phase germanium nanocrystals using χ-ray photoeleclron spectroscopy" Appl.Phys.Letters. 72(19). 2460-2462 (1998)
• [文献書誌] S.Rath: "Evidence of a tetragonal structure of germanium nanocrystals prepared by the cluster-beam deposition technique" Materials chemistry and Physics. 54. 244-246 (1998)
• [文献書誌] S.Sato: "Volume plasmons in porous silicon" J.Appl.Phys.(to appear). (1999)
• [文献書誌] T.Ichinohe: "Palladium silicide/oxide formations in Pd/SiO_2 complex films" Thin Solid Films. (to appear). (1999)
• [文献書誌] S.Sato: "Plasmon loss features of germanium nanocrystals fabricated by the cluster beam evaporation technique" Thin Solid Films. (to appear). (1999)