ハイブリッドスーパーアトム創成による量子物性制御と新機能デバイス開発

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04559
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 宮崎 誠一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70190759)
• 研究分担者: 牧原 克典 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90553561) ; 大田 晃生 福岡大学, 理学部, 准教授 (10553620)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2024-03-31
• キーワード: Si系量子ドット / コア／シェル構造

研究実績の概要

これまでに、リモートH2プラズマ(H2-RP)支援により熱酸化SiO2上にFeナノドットを高密度形成後、基板温度400℃でSiH4照射を行うことでβ-FeSi2ナノドットが形成でき、さらには、SiH4照射量を増加した場合、ドット表面にSi層が選択成長することを明らかにしてきた。本年度は、β-FeSi2コア／Siシェル構造のナノドット形成を意図し、薄層化したSOI構造およびSiO2上に予め形成した高密度Si量子ドットに、Fe超薄膜の電子線蒸着とSiH4照射を行った。
Si薄膜上にFe蒸着した後、HCl浸漬によるFe膜除去およびSiH4照射後におけるAFM表面形状像では、RMSラフネスに顕著な変化は認められないが、HCl浸漬後の試料においてXPS分析した結果、Fe膜蒸着直後と比較してFe-Oに起因するピーク強度が減少し、Fe-Siに起因する信号強度が増大していることから、Fe蒸着時にSi薄膜表面のシリサイド化が進行し、HCl浸漬により未反応のFeおよびFe酸化膜がエッチング除去できていることが分かった。また、SiH4照射直後の試料におけるXPS角度分解分析の結果、表面側においてSi-SiまたはSi-Feのピークシフトが認められることから、シリサイド層表面にSi層が堆積していることが分かった。同様のプロセスを予め形成したSi量子ドットにおいて行った結果、各工程後の表面形状像に大きな変化は認められないものの、SiH4照射後の試料では、室温において明瞭なPL信号が認められた。これらの結果は、β-FeSi2コアが極薄Siでキャップされた構造になっていることを示唆している。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Self-assembling formation of Si-QDs on SiO2 line patterns (2024)
  • 著者名/発表者名: Tsuji Ryoya、Imai Yuki、Baek Jongeun、Makihara Katsunori、Miyazaki Seiichi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 63 ページ: 03SP04～03SP04
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ad1ca0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of ultra-thin nickel silicide on SiO2 using Si/Ni/Si structures for oxidation control (2024)
  • 著者名/発表者名: Kimura Keisuke、Taoka Noriyuki、Ohta Akio、Makihara Katsunori、Miyazaki Seiichi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 63 ページ: 02SP72～02SP72
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ad1777
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of β-FeSi2 nanodots by SiH4 exposure to Fe nanodots (2024)
  • 著者名/発表者名: Saito Haruto、Makihara Katsunori、Taoka Noriyuki、Miyazaki Seiichi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 63 ページ: 02SP99～02SP99
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ad1898
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alignment control of self-assembling Si quantum dots (2023)
  • 著者名/発表者名: Imai Yuki、Tsuji Ryoya、Makihara Katsunori、Taoka Noriyuki、Ohta Akio、Miyazaki Seiichi
  • 雑誌名: Materials Science in Semiconductor Processing 巻: 162 ページ: 107526～107526
  • DOI: 10.1016/j.mssp.2023.107526
  • 査読あり
• [雑誌論文] (Invited) Formation and Characterization of Fe-Silicide Nanodots for Optoelectronic Application (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Seiichi、Makihara Katsunori
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 112 ページ: 131～137
  • DOI: 10.1149/11201.0131ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Layer transfer of ultrathin Ge crystal segregated on Al/Ge(111) structure (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsushita Keigo、Ohta Akio、Shibayama Shigehisa、Tokunaga Tomoharu、Taoka Noriyuki、Makihara Katsunori、Miyazaki Seiichi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: SG1007～SG1007
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acb65c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of chemical structure and Si segregation of Al/Si(111) (2023)
  • 著者名/発表者名: Sakai Taiki、Ohta Akio、Matsushita Keigo、Taoka Noriyuki、Makihara Katsunori、Miyazaki Seiichi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: SC1059～SC1059
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acb1fd
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of ultra-thin NiGe film with single crystalline phase and smooth surface (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Shunsuke、Taoka Noriyuki、Ohta Akio、Makihara Katsunori、Miyazaki Seiichi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: SC1027～SC1027
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acac6f
  • 査読あり
• [学会発表] Study of Dot Size on Electron Emission from Multiple-Stacked Si-QDs (2024)
  • 著者名/発表者名: J. Baek, K. Makihara, N. Taoka, and S. Miyazaki
  • 学会等名: ISPlasma2024/IC-PLANTS2024/APSPT-13
  • 国際学会
• [学会発表] SiO2ラインパターン上へのSi量子ドットの自己組織化形成ーラインおよびスペース幅依存性 (2024)
  • 著者名/発表者名: 白鍾銀、辻綾哉、今井友貴、牧原克典、宮﨑誠一
  • 学会等名: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Feシリサイドコア/Siシェル量子ドットの形成と発光特性 (2024)
  • 著者名/発表者名: 斎藤陽斗、牧原克典、宮﨑誠一
  • 学会等名: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Formation and luminescence studies of Ge/Si core-shell quantum dots (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Miyazaki, K. Makihara, and Y. Imai
  • 学会等名: 2023 International Conference on Semiconductor Technology for Ultra Large Scale Integrated Circuits and Thin Film Transistor
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-Assembling Mechanism of Si-QDs on Thermally-Grown SiO2 (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Baek, Y. Imai, R. Tsuji, K. Makihara, and S. Miyazaki
  • 学会等名: 14th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
  • 国際学会
• [学会発表] Study on Photoluminescence from b-FeSi2 NDs (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Saito, K. Makihara, N. Taoka, and S. Miyazaki
  • 学会等名: 14th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of One-Dimensionally Aligned Si-QDs on SiO2 Line Pattern (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Tsuji, Y. Imai, J. Baek, K. Makihara, and S. Miyazaki
  • 学会等名: 14th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
  • 国際学会
• [学会発表] Growth Mechanisms of Self- Assembling Si-QDs on Thermally-Grown SiO2 (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Baek, Y. Imai, R. Tsuji, K. Makihara, and S. Miyazaki
  • 学会等名: 36th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Self-Assembling Formation of Si-QDs on SiO2 Line-Patterns (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Tsuji, Y. Imai, J. Baek, K. Makihara, and S. Miyazaki
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of β-FeSi2 NDs by SiH4-Exposure to Fe-NDs (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Saito, K. Makihara, N. Taoka, and S. Miyazaki
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of Dot Size on Electron Emission from Multiple-Stacked Si-QDs (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Makihara, S. Obayashi, Y. Imai, N. Taoka, and S. Miyazaki
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 国際学会
• [学会発表] 熱酸化SiO2上へ自己組織化形成したSi量子ドットの成長機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 白 鍾銀、今井 友貴、辻 綾哉、牧原 克典、宮﨑 誠一
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 極細SiO2 ラインパターン上へのSi 量子ドットの自己組織化形成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 辻 綾哉、今井 友貴、白 鍾銀、牧原 克典、宮﨑 誠一
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] FeナノドットへのSiH4照射がシリサイド化反応に及ぼす影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 斎藤 陽斗、牧原 克典、谷田 駿、田岡 紀之、宮﨑 誠一
  • 学会等名: 電子情報通信学会 シリコン材料・デバイス研究会（SDM）「MOSデバイス・メモリ・パワーデバイス高性能化－材料・プロセス技術」
• [学会発表] 極薄熱酸化SiO2上に自己組織化形成したSi量子ドットの形成機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 白鍾銀、今井友貴、辻綾哉、牧原克典、宮﨑誠一
  • 学会等名: 第29回 電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―