シリコン系スーパーアトム構造の高密度集積と新機能材料創成

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18206035
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 宮崎 誠一 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 教授 (70190759)
• 研究分担者: 東 清一郎 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助教授 (30363047) ; 村上 秀樹 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助手 (70314739)
• キーワード: 量子ドット / スーパーアトム

研究概要

SiH_4とGeH_4のLPCVDにおいて、反応初期過程を交互に精密制御することによって、熱酸化膜上にGe核を有するSi量子ドットを自己組織化形成する技術を確立している。そこで、P及びBをGeH4のCVD中にHe希釈1%B_2H_6およびPH_3をパルス的た導入し、BおよびPのデルタドーピングを行い、不純物添加Geコアを有するSi量子ドットを形成し、Geコア内へのイオン化不純物添加が電子放出に及ぼす影響をAFM/ケルビンプローブを用いて評価した。不純物添加GeコアSi量子ドットへ電荷注入するために、RhコートSi_3N_4探針に電圧を印加し、タッピング(コンタクト)モードで走査した後、ノンコンタクトのケルビンプローブモードで表面形状像と表面電位像を同時測定することで電子注入・放出による帯電状態を評価した。
電圧印加後のGeコアSi量子ドットの表面電位変化から見積もったドット内保持電荷量において、離散的なエネルギ準位を反映した多段階的な電位変化を観測した。真性GeコアーSi量子ドット(ドット高さ8nm)からの1個の電子放出・保持による正帯電及び負帯電はそれぞれプローブ電圧2.0V及び-1.5Vで起こるのに対して、Pをデルタドーピングした場合電子放出による正帯電は0.5V、Bをデルタドーピングした場合、電子保持による負帯電は-0.5Vで観測されることが分かった。GeコアのないBドープSi量子ドットと比べると、単電子注入による負帯電は0.3V増大する。これらの結果は、TipのポテンシャルとGeコアSiドット/SiO_2/Si(100)スタック構造のエネルギーバンド構造の関係から理解できる。すなわち、PデルタドーピングではPドナーから生じた伝導電子が引き抜かれ、Pドナーの正電荷が顕在化し、Bデルタドーピングにおいては正孔への電子注入によってBアクセプターの負電荷が顕在化すると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of Electronic Charged States of Impurity Doped Si Quantum Dots Using AFM/Kelvin Probe Technique (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Makihara
  • 雑誌名: Abst. of IUMRS-ICA-2006 ページ: 82
• [雑誌論文] Phosphorus Doping to Si Quantum Dots and Its Floating Gate Application (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Makihara
  • 雑誌名: Abst. of 2006 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Application of Advanced Semiconductor Devices ページ: 135-138
• [雑誌論文] Changing and Discharging Characteristics of P-doped Si Quantum Dots Floating Gate (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Makihara
  • 雑誌名: Abst. of The 2006 International Meeting for Future of Electron Devices ページ: 67-68
• [雑誌論文] Characterization of Electronic Charged States of Si-based Quantum Dots for Multi-valued MOS Memories (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Miyazaki
  • 雑誌名: Proceedings of The 8th International Conference on Solid-State and Integrated-Circuit Technology ページ: 736-739
• [雑誌論文] Control of Electronic Charged States of Si-based Quantum Dots for Floating Gate Aplication (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Miyazaki
  • 雑誌名: Abst. of 2nd International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics ページ: 49-50
• [雑誌論文] Study of Charged States of Si Quantum Dots with Ge Core (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Makihara
  • 雑誌名: Electrochemical Society(ECS) Trans. 3・7 ページ: 257-263.
• [雑誌論文] Characterization of Electronic Charged States of Si-Based Quantum Dots and Their Application to Floating Gate Memories (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Miyazaki
  • 雑誌名: Electrochemical Society(ECS) Trans. 2・1 ページ: 157
• [雑誌論文] Decay Characteristics of Electronic Charged States of Si Quantum Dots as Evaluated by an AFM/Kelvin Probe Technique (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Nishitani
  • 雑誌名: Thin Solid Films 508・1-2 ページ: 190-194
• [雑誌論文] Characterization of Electronic Charged States of P-doped Si Quantum Dots Using AFM/Kelvin Probe (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Makihara
  • 雑誌名: Thin Solid Films 508・1-2 ページ: 186-189