単分散超微細ナノ結晶シリコンの作製と配列制御

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450008
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小田 俊理 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 教授 (50126314)
• 研究分担者: 畑谷 成郎 東京工業大学, 工学部, 助手 (90302942)
• キーワード: ナノ結晶シリコン / プラズマCVD / 量子ドット / 酸化 / 単電子トンネル / 単電子トランジスタ / 自己停止機構

研究概要

1.パルスプラズマプロセスで形成したナノ結晶の酸素中熱処理による表面酸化とエッチングの機構を調べた。透過型電子顕微鏡観測により酸化前後のナノ結晶粒径とその分布を調べた。粒径10nmレベルのナノ結晶では、表面ストレスにより酸化速度が低減することを見いだした。酸化速度の自己停止機構により超単分散ナノ結晶を実現する道を開いた。
2.酸化プロセス中のエッチング条件を調べたところ、バルクではエッチングが起こらない7.6Torrでも粒径が減少して分布は均一化していることが分かった。酸素圧力と温度を制御して酸化膜の形成とエッチングの条件を調節することにより、ナノ結晶シリコンの粒径を高精度に制御できる可能性を見いだした。
3.単一または2-3個のシリコンナノ結晶の電気特性を調べるため、電極間隔15nm超微細ギャップとトップゲートを有する平面型トランジスタおよびポリシリコンラップゲートを有する縦型トランジスタを電子ビーム露光法と微細エッチングで形成した。安定した単電子トンネル特性を観測することが出来た。また、種々の温度による詳細な検討とシミュレーションとの比較から、単一ドットだけでなく周囲に隣接するドットとの結合相関に関する情報が得られた。

研究成果

• [文献書誌] K.Nishiguchi and S.Oda: "Conductance quaintization in nanoscale vertical-structure silicon field-effect transistors with a wrap gate"Applied Physics Letters. (in press). (2000)
• [文献書誌] A.Dutta,and S.P.Lee,Hatatani and S.Oda: "Silicon Based Single Electron Memory Using Multi-Tunnel Junction Fabricated by Electorn Beam Direct Writing"Applied Physics Letters. 75. 1422-1424 (2000)
• [文献書誌] A.Dutta,S.P.Lee,Y.Hayafune,S.Hatatani and S.Oda: "Single Electron Tunneling Devices Based on Silicon Quantum Dots Fabricated by Plasma Process"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] A.Dutta,S.P.Lee,Y.Hayafune and S.Oda: "A Novel Technique of Electron-Beam Direct-Writing for Fabrication of Nano-Devices"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] Z.Wang,T.Yasuda,S.Hatatani and S.Oda: "Enhanced Dielectric Properties in SrTiO3/BaTio3 Strained Superlattice Structures Prepared by Atomic-Layer Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 6817-6820 (2000)
• [文献書誌] Y.Fu,A.Dutta,M.Willander and S.Oda: "Electron wave interaction and carrier transport in Si-nanocrystal-based transistor"Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] K.Nishiguchi,S.Hara,T.Amano,S.Hatatani and S.Oda: "Preparation of Nanocrystalline Silicon Quantum Dots by Pulsed Plasma Processes with High Deposition Rates"Materials Research Society Symposium Proceedings. (in press). (2000)
• [文献書誌] F.Yun,B.J.Hinds,S.Hatatani,S.Oda,Q.X.Zhao and M.Willander: "Study of Structural and Optical Properties of Nanocrystalline Silicon Embedded in SiO2"Thin Solid Films. (in press). (2000)
• [文献書誌] Y.Fu,M.Willander,A.Dutta and S.Oda: "Electron conduction through Si-Nanocrystal-based single electron transistor at zero gate bias"Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] A.Dutta,S.Oda,Y.Fu and M.Willander: "Electron Transport in Nanocrystalline-Si Based single Electron Transistors"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] B.J.Hinds,K.Nishiguchi,A.Dutta,T.Yamanaka,S.Hatatani and S.Oda: "Two-Gate Transistor for the Study of Si/Si02 Interface in SOI Nano-Channel and Nanocrystalline Si memory Device"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] D.F.Moore,W.I.Milne and S.Oda: "Nanostructured Materials and Devices for Sensor and Electronic Applications"IEE Power Engineering Journal. 13(2). 89-93 (1999)