2022 Fiscal Year Annual Research Report
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
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21H04559
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
宮崎 誠一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70190759)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
牧原 克典 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90553561)
大田 晃生 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10553620)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | Feシリサイドナノドット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度には、SiO2熱酸化膜上にリモートH2プラズマ支援により高密度・一括形成したFeナノドットに基板温度400℃でSiH4照射を行った場合、Feシリサイドナノドットが形成でき、0.79eV付近に室温フォトルミネスセンス（PL）が認められることを明らかにした。本年度は、SiH4照射時におけるガス圧力および照射時間がFeナノドットのシリサイド化反応に及ぼす影響を評価した。
SiH4照射前後のAFM表面形状像測定から、SiH4照射条件を変化させた場合においてもドットの面密度およびサイズに顕著な変化は認められず、室温PL測定を行った結果、いずれの照射量においても0.7~0.85 eVにブロードな信号が認められるものの、PL発光強度に明瞭な変化が認められた。PL積分強度をSiH4照射量（照射時間×圧力）に対してまとめた結果、照射量の増加に伴い発光強度が増強するものの、照射量600 Pa・secで最大となった後、顕著に減少した。600および1800 Pa・secでSiH4照射したナノドットをXPS分析した結果、600 Pa・secで照射した試料ではSi-Feの信号が認められるが、1800 Pa・secで照射した試料ではSi-Feの信号とともに、Si-Siに起因する低エネルギー側のピークが認められた。この結果は、Feナノドットのシリサイド化によりβ-FeSi2相が形成した後、ナノドット表面にSi層が堆積したことを示している。Siの価電子帯上端がβ-FeSi2に比べ僅かに浅いことを考慮すると、光励起により生成した正孔の一部がSi層に移動することで、β-FeSi2ナノドットでの電子－正孔再結合効率が低下した結果で解釈できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、従来の半導体ナノドットあるいは均質な量子ドットには見られない異なる物性を有するナノ構造の結合による電子状態の融合や新規電子状態が実現可能な「ハイブリッドスーパーアトム」形成プロセスを構築し、これらの特異な電子物性をデバイス特性・機能に直接反映させた少数電子・光子で動作する新原理機能デバイスの開発を推進することを目的としている。本年度は、電子・光・スピンを制御可能にする「ハイブリッドスーパーアトム」を世界に先駆けて創成するために、高密度形成したFeナノドットとシリコンとの混晶化を制御する手法を確立し、形成したFeシリサイドナノドット上へのSiの選択成長まで実現しており、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、形成したSi/FeシリサイドナノドットのSi再表面をシリサイド化することで、「ハイブリッドスーパーアトム」を実現する。さらには、ハイブリッドスーパーアトム」の高密度アレーをフローティングゲートとしてMOSデバイスの要となるゲート絶縁膜スタック内に組み込んで高移動度チャネル基板上に形成し、「ハイブリッドスーパーアトム」と二次元チャネル間の電子状態カップリングの制御に向けた低次元系トンネル接合における少数電子移動の定量化を行う。また、ハイブリッドスーパーアトムの電位変化がドット間の電子あるいはスピン間相互作用に及ぼす影響を調べ、光照射が電子遷移（励起、トンネル）に及ぼす影響を評価する。これによりキャリア・スピン輸送および光との相互作用を制御する手法を実験的に探求する。
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