| 研究課題/領域番号 |
24246053
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
越田 信義 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50143631)
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| 研究分担者 |
白樫 淳一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00315657)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 電子・電気材料 / 電子デバイス・機器 / シリコンナノドット / 弾道電子 / 電解還元効果 / 超薄膜 / 表面・界面物性 / 薄膜デバイス |
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| 研究概要 |
初年度に設定した課題と得られた結果を以下に示す。
Ａ．溶液への弾道電子注入により生じる界面反応の解析：(1)ナノシリコン層における電子輸送機構を電離衝突の面から解析し、ナノシリコンドット層に固有の弾道電子生成機構の存在を裏付けた。(2)弾道電子注入の効率と安定性に影響する構造因子が判明し、それらを向上するための素子作製プロセス条件を固めた。
Ｂ．弾道電子の電解還元による薄膜堆積効果の基礎解析：(1)液体への弾道電子注入が固液界面で還元効果を生じることを三極系サイクリックボルタモグラム測定により実証した。(2)弾道電子の還元反応による物質生成モデルに基づき、半導体および金属の全てに共通する薄膜堆積レートを定式化した。
Ｃ．半導体薄膜の堆積：(1)SiCl4およびGeCl4溶液で直流またはパルス駆動による実験を行い、SiおよびGeの薄膜が均一に堆積することを確認した。(2)各薄膜の厚さを測定し、堆積レートが前項のモデルから予測される値に合致することを確認した。(3)薄膜の構造・組成を評価し、汚染のないアモルファス薄膜が形成されることを見いだした。
Ｄ．金属薄膜の堆積：(1)注入電子のエネルギーと還元電位の相対関係から、堆積可能な金属材料の範囲を予測し、Cu、Zn、Tiなどの薄膜堆積実験によってそれを裏付けた。(2)磁性薄膜の堆積も可能なことをNi、Co、Mnなどについて実証した。(3)薄膜の厚さや構造を評価し、汚染のない多結晶薄膜が形成していることを示した。
Ｅ．量子的積層構造化への展開：(1)薄膜デバイスへの応用の基礎実験として、SiCl4＋GeCl4混合液における堆積を試み、SiGeと思われる薄膜の堆積を観測した。(2)異種溶液における連続プロセスによる薄膜積層化を金属で確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
初年度に設定した各課題の目標に対する達成度を以下に示す。
Ａ．溶液への弾道電子注入により生じる界面反応の解析：本方式の基礎となる弾道電子の生成機構を雪崩増倍の観点から解析し、ナノシリコン層で電子がバルク中より容易に弾道化する原因とそれを促進する構造因子が明確になった。これにより、ナノシリコン層の構造・界面制御の指針が得られ、溶液中への弾道電子注入実験を効果的に実施するためのプロセス技術を確立することができた。
Ｂ．弾道電子の電解還元による薄膜堆積効果の基礎解析：従来の電解メッキとは質的に異なる界面反応が電子注入動作で生じることの確認、本手法における薄膜堆積レートの還元モデルによる定式化、という二つの主要目標を達成した。また、ナノシリコン層の光学的測定、ナノ構造評価により、電解還元は電子放出面でのみ生じることを支持するデータを得た。
Ｃ．半導体薄膜の堆積：SiおよびGeの薄膜が均一に堆積することを確認した上で各薄膜の堆積レートを理論予測値と比較し薄膜の材料学的キャラクタリゼーションを行う、という一連の課題はほぼ遂行できた。また、電子源を溶液に浸漬することなく電子源表面に微量の溶液を滴下する方法を先行的に試み、薄膜堆積を確認した。これは本方式の特長と有効性をより高めるもので、予期以上の進展といえる。
Ｄ．金属薄膜の堆積：電子エネルギーと還元電位の関係から適合すると予想される材料範囲で金属薄膜堆積を実証できた。堆積レート、薄膜の構造・組成評価についても当初計画に見合った知見を得た。
Ｅ．量子的積層構造化への展開：混合液によるSiGe薄膜堆積、金属薄膜の積層構造などの作製を念頭において、今後の素子開発に必要なプロセスフローとシステムを設計・整備し、予備実験によって基礎情報を得るなど、初年度目標をほぼ達成した。
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| 今後の研究の推進方策 |
弾道電子源の液体中動作によって確認した薄膜堆積効果の制御性を向上させ、従来のドライプロセス、ウエットプロセスのいずれとも異なる薄膜堆積技術に発展させるべく、次年度は以下の点に重点をおいて研究を展開していく。
Ａ．弾道電子の還元効果による薄膜堆積機構の解析：電気化学測定などにより、弾道電子誘起の還元反応現象をより詳細に解析する。半導体、金属の薄膜堆積過程をモデル化し、気相成長や電解メッキに対する本手法の特長を定量的に明らかにする。
Ｂ．半導体薄膜の堆積：初年度に確認したエミッタ表面に微量の溶液を滴下する方式を発展させてSiGe薄膜の堆積にも拡大し、堆積レートの理論予測を実測値から裏付ける。また、堆積した薄膜のキャラクタリゼーションを、構造・組成だけでなく、光学的・電気的評価も含めて総合的に行う。
Ｃ．金属薄膜の堆積と積層化：各種金属について薄膜堆積を確認し、電極ないし磁性応用の視点から物理特性を評価する。さらに異なる金属塩水溶液を用いた逐次プロセスにより種々の金属超薄膜が積層できることを実証する。
Ｄ．量子的積層構造化への展開：Ge/Siなどの薄膜積層構造を作製し、界面と電気的･光学的特性を評価する。さらに、低温一貫プロセスによりＭＯＳおよびＭＩＭ構造を作製し、電気的測定により量子的特性の発現を実証する。
Ｅ．新規薄膜堆積技術としての向上：堆積時のアモルファスSi、Ge、SiGe薄膜を多結晶化しさらに界面欠陥を除去するアニール法を開発する。アニール処理を行った薄膜に対する不純物ドーピングを試み、電気的測定によりその効果を検証する。
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