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本年度も、引き続き新型コロナウィルスの影響により渡航が出来なかったが、オンライン会議を複数回実施し、名古屋大学にてSi量子ドットの配列制御を試みた。具体的には、p-Si(100)基板上に1000℃で膜厚~ 3.0nmのSiO2膜を形成後、EBリソグラフィーおよび RIEによるdryエッチングにより、線幅~30nm(スペース幅~50nm)のSiO2ラインパターンを形成した。その後、0.1%HF処理を行うことで、SiO2ライン表面をOH終端、Si表面をH終端した後、O2中雰囲気において800℃で熱酸化した。800℃の熱処理においては、表面Si-OH結合は安定保持される一方、H終端Si表面にはSi-O-Si結合で終端された膜厚~1nmのSiO2膜が形成される。これにより同一基板内にライン状にOH終端したSiO2パターンが形成される。その後、同一チャンバー内で大気に曝すことなく、pure-SiH4のLPCVD(550℃、90Pa)によるSi 量子ドットの自己組織化形成を行った。SiO2ライン&スペースパターン形成後のSEM像から、~30nmのSiO2ラインの形成が確認できた。表面OH終端したSiO2薄膜(パターン形成無し)上にSiH4-LPCVDを行った場合、Si量子ドットが高密度・一括形成が認められるものの、SiO2ライン&スペースパターン上にSiH4-LPCVDを行った場合では、SiO2ラインパターン上にのみSi量子ドットの形成が認められることから、酸素終端領域のドット密度は極めて抑制されていることが分かる。これは、反応活性なOH終端表面には高密度に核形成されるが、酸素終端領域では、SiH4-LPCVDにおいて核発生が抑制されることに加え、ドット成長において臨界サイズに達しない初期核が熱解離するためと考えられる。
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