| 研究課題/領域番号 |
10555101
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
小長井 誠 東京工業大学, 工学部, 教授 (40111653)
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| 研究分担者 |
岡本 保 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 助手 (80233378)
山田 明 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40220363)
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| キーワード | ヒ化ガリウム / III-V族化合物半導体 / 単一正孔トランジスタ / 原子間力顕微鏡 / ナノ加工 |
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| 研究概要 |
本研究では、原子間力顕微鏡(AFM)の極微細加工ツールとしての一面に注目し、AFM陽極酸化を用いたp形GaAsのナノメートルオーダーの加工を行った。
AFM陽極酸化とは、AFM探針を大気中で陰極として用い、試料(金属または半導体)表面とAFM探針との間にバイアス電圧を印加することにより、大気中の水分を介した電気化学反応を起こして薄膜表面上に極微細領域の選択酸化を行う手法である。これはすなわち、エッチングなどのプロセスを必要とせずに直接的なリソグラフィーが可能であることを意味している。
本研究で用いたp形GaAs試料は、有機金属分子線エピタキシ一法を用いて成長した高濃度カーボンドープp形GaAs薄膜(正孔濃度10^<20>cm^<-3>以上)、およびZnドープp形GaAs基板(正孔濃度1×10^<19>cm^<-3>)である。
実験は、AFM装置にバイアス電圧源としてパラメータアナライザを組み合わせて行った。AFM探針は、一辺4μmのピラミッド形をしたSi_3N_4にAuをコーティングしたものを使用した。実験の結果、バイアス電圧、AFM探針の走査速度、および湿度を変化させることにより、試料上に酸化物細線を制御性良く作製できることが明らかとなった。また、酸化物細線サイズの電流依存性から、GaAs酸化反応式の妥当性を定量的に評価することに成功した。さらに、パルス電圧印加加工により、酸化物ドットのアスペクト比の改善に成功した。また、走査形電子顕微鏡による電子ビーム励起堆積法を用いてアモルファスカーボンを堆積させた、曲率の小さなAFM探針を新たに考案した。このAFM探針をAFM陽極酸化に用いることにより、酸化物細線作製時のバイアス電圧のしきい値が低くなり、線幅がより小さい細線を作製することに成功した。最小線幅は高濃度カーボンドープp形GaAsで10nmとなった。
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