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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Development of finishing methods for creation of atomically flat side-surfaces of three-dimensional nano-devices utilizing defect-site selective reactions

Research Project

Project/Area Number 20H02483
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

服部 賢  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (00222216)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 服部 梓  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80464238)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords原子平坦 / ファセット表面 / 側壁表面 / 三次元デバイス / ウェットプロセス / 走査電子顕微鏡 / 低速電子回折 / 走査トンネル顕微鏡
Outline of Annual Research Achievements

当該年度は、昨年度と同様にSi(001)基板上の立体Si{111}ファセットライン構造を主な対象として、作製条件の調整を、走査電子顕微鏡(SEM)、低速電子回折(LEED)等を用いて行った。シャープなラインエッジの直線性形状(精度約±15 nm)をSEMで、立体ファセット表面の表面原子秩序(凹凸精度約0.02 nm)をLEEDで評価した。昨年度から以下の知見が新たに得られた。
①ウェットエッチング処理。エッチング液種類(反応活性なOH基の立体障害の有無)依存性を調べるために、立体障害が大きい水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液と少ない水酸化カリウム(KOH)溶液での処理後のSEM/LEED評価を行った。その結果、TMAH処理の方がKOH処理よりもエッジの直線性や表面原子秩序がともに良好であることが分かった。これはSi-Siボンドの切断トリガーとなるOH基の接触機会が分子の立体障害に依存すると議論した。
②ファセットラインのピッチサイズ依存性。昨年度までは4 μmピッチのライン構造を対象としていた。本年度は1 μmピッチのライン構造を作製し最適加熱条件を調べたところ、ともに約1050℃短時間(<1 s)フラッシュ加熱1回が最適あることが判明した。加えて、加熱回数依存を調べたところ、1 μmピッチは回数とともに大きくエッジが広がり、乱れることが判明した。これは系全体の表面エネルギーに変化に対応すると議論した。
③走査トンネル顕微鏡(STM)装置での直接観察。改良したSTMにて立体形状の凹凸を初めて直接観察することに成功した。従来、電子回折などの平均的手法でのアプローチでしか立体形状はアクセスできなかったが、本研究により局所プローブ観察の道が開けた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] Dalian Jiaotong University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Dalian Jiaotong University
  • [Journal Article] Accessibility of ARPES for Three-dimensionally Architected Si{111}7×7 Facet Surfaces on Micro-patterned Si(110)2022

    • Author(s)
      Hattori Ken、Sakai Yuya、Pamasi Liliany N.、Irmikimov Aydar、Higashi Takaaki、Yang HaoBang、Shi XiaoQian、Guo FangZhun、Osaka Ai I.、Tanaka Hidekazu、Iimori Takushi、Komori Fumio、Hattori Azusa N.
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 20 Pages: 214~220

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2022-038

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] RHEEDパターンの表面粗さ依存性2023

    • Author(s)
      井田有紀, 北川喜宏, Juharni, 清水智也, 髙橋駿太, 大坂藍, 服部梓, 田中秀和, 桃野浩樹, 服部賢
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] サブマイクロサイズの三次元Si{111}ファセットライン構造の表面制御2023

    • Author(s)
      今山航, 木元康成, Ni'matil Mabarroh, 阪井雄也, 東嵩晃, 服部梓, 大坂藍, 田中秀和, 服部賢
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] Photoelectron spectroscopy of artificially designed three-dimensional Si facet-line structures with clean {111} facet surfaces2023

    • Author(s)
      Ni'matil Mabarroh, Juharni, Yuki Ida, Wataru Imayama, Yasunari Kimoto, Yoshihiro Kitagawa, Liliany N. Pamasi, HaoBang Yang, Yuya Sakai, Tomoya Shimizu, Ai I. Osaka, Hidekazu Tanaka, XiaoQian Shi, FangZhun Guo, Kiyohisa Tanaka, Shigemasa Suga, Shin-ichiro Tanaka, Azusa N. Hattori, Ken Hattori
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] Magnetic interaction between three-dimensional pyramids with ferromagnetic nano-film2023

    • Author(s)
      Juharni, Liliany N. Pamasi, Nobuyoshi Hosoito, Ni'matil Mabarro, Azusa N. Hattori, Ai I. OsakaA, Hidekazu TanakaA, Satoru Yoshimura, Ken Hattori
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] 3次元構造表面の逆格子マッピングのための多軸制御RHEEDシステムの開発2022

    • Author(s)
      井田有紀, 北川喜宏, 清水智也, 髙橋駿太, Pamasi Liliany, 服部 梓, 桃野浩樹, 田中秀和, 服部 賢
    • Organizer
      第8回材料WEEK 「材料シンポジウム」
  • [Presentation] 原子レベルで平坦な{111}ファセット面をもつ三次元Siライン構造の作製2022

    • Author(s)
      今山 航, 木元康成, 木元康成, 阪井雄也, 東嵩晃, Irmikimov Aydar, 楊浩邦, 服部 梓, 大阪 藍, 田中秀和, 服部 賢
    • Organizer
      第8回材料WEEK 「材料シンポジウム」
  • [Presentation] Photoelectron spectroscopy of artificially designed three-dimensional Si structures with {111} facet surfaces2022

    • Author(s)
      Ken Hattori, Liliany N. Pamasi, Aydar Irmikimov, Takaaki Higashi, HaoBang Yang, Yuya Sakai, Tomoya Shimizu, Yuki Ida, Wataru Imayama, Juharni Juharni, Ai I. Osaka, Hidekazu Tanaka, XiaoQian Shi, FangZhun Guo, Takuji Iimori, Fumio Komori, Shigemasa Suga, Kiyohisa Tanaka, Shin-ichiro Tanaka, Azusa N. Hattori
    • Organizer
      The 22nd International Vacuum congress (IVC-22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ferromagnetic properties induced by artificially designed three-dimensional shapes in Fe nanofilm pattern2022

    • Author(s)
      Liliany N. Pamasi, Juharni juharni, Nobuyoshi Hosoito, Aydar Irmikimov, Takaaki Higashi, Yuya Sakai, Azusa N. Hattori, Ai I. Osaka, Hidekazu Tanaka, Satoru Yoshimura, Ken Hattori
    • Organizer
      The 22nd International Vacuum congress (IVC-22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of multiple-axes controlled RHEED system for reciprocal space mapping of three-dimensional structure surfaces2022

    • Author(s)
      Yuki Ida, Tomoya Shimizu, Yoshihiro Kitagawa, Shunta Takahashi, Liliany N. Pamasi, Azusa N. Hattori, Ai I. Osaka, Hidekazu Tanaka, Hiroki Momono, Ken Hattori
    • Organizer
      The 22nd International Vacuum congress (IVC-22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Creation of three-dimensional Si lined structures with atomically flat {111} faceted surfaces2022

    • Author(s)
      Wataru Imayama, Yuya Sakai, Takaaki Higashi, Aydar Irmikimov, Haobang Yang, Liliany N. Pamasi, Azusa N. Hattori, Ai I. Osaka, Hidekazu Tanaka, Ken Hattori
    • Organizer
      The 22nd International Vacuum congress (IVC-22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Artificially designed three-dimensional shaped surfaces and films in atomic precision: Creation, structure evaluation, and application of unique properties2022

    • Author(s)
      Ken Hattori
    • Organizer
      1st International Conference on Frontier in Sciences (ICFS-2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 研究室紹介

    • URL

      https://mswebs.naist.jp/LABs/surface-material-physics/index.html

  • [Remarks] 研究概要

    • URL

      https://mswebs.naist.jp/LABs/surface-material-physics/project.html

  • [Remarks] 研究業績

    • URL

      https://mswebs.naist.jp/LABs/surface-material-physics/achievement.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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