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ゲルマニウム二次元結晶のヘテロ構造形成と電子物性制御

二维锗晶体异质结构形成及电子性质控制

基本信息

批准号：
22H01524
负责人：
大田晃生
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Fukuoka University (2023)Nagoya University (2022)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01524/
关键词：
ゲルマニウムシリコン極薄結晶偏析電子状態

项目摘要

14族元素であるGeやSiと共晶型の状態図をとるAgやAlを組み合わせた積層構造において、熱処理による表面偏析を利用して、金属薄膜表面に二次元結晶や極薄結晶、それらのヘテロ構造を形成する方法を探求した。Si(111)基板上にCVDにより厚さ85nmのSiGe(111)を堆積し、SiGe表面を化学溶液洗浄した後、厚さ30nmのAlおよびAg薄膜を抵抗加熱真空蒸着により形成した。XPS分析の結果、金属層にAlを用いた場合、熱処理によりSiおよびGeが表面偏析する。このとき、表面偏析したSiの大部分が酸化する一方、Geは600度の熱処理でも酸化が抑制されることが分かった。Agを用いた場合では、同様に表面偏析したSiとGeはどちらも酸化が進行した。Alを下地金属に用いることで、表面にAl酸化膜が形成され保護膜として機能し、偏析層（特にGe）の酸化を抑制できたと考えられる。また、表面偏析した原子の成長テンプレートとなるために、高結晶性のAl薄膜形成について調べた。化学溶液洗浄したSi(111)上では、厚さ30nmのAlを室温で堆積することにより、比較的平坦なAl(111)を形成できた。一方、100度および150度に基板加熱しAlを堆積すると表面荒れが顕在化し、Al(111)に加えてAl(200)が成長する。また、室温堆積した厚さ30 nmのAl/Si(111)構造では、500度までの窒素雰囲気中熱処理により、表面平坦性を維持しつつその結晶性が向上することが分かった。SiGeを用いた場合と同様にAl/Si(111)構造の場合も、熱処理によりAl酸化膜とAl薄膜との間にSi偏析し、その量は熱処理温度と伴に増大する。300度の熱処理では、時間に依らずSi量はほぼ一定であることから、その制御には熱処理時間よりも温度が重要であることが分かった。

Group 14 elements: Ge, Si, eutectic, Ag, Al, composite, multilayer structure, heat treatment, surface segregation, formation of secondary crystals, ultra-thin crystals, and other structures on the surface of metal films SiGe (111) deposited on Si(111) substrates with a thickness of 85nm by CVD, and an Al and Ag thin film with a thickness of 30nm was formed after chemical solution washing on the SiGe surface by vacuum evaporation under heat resistance. XPS analysis results, metal layer Al use in the case, heat treatment, Si and Ge surface segregation Most of the silicon on the surface is acidified, and the Ge is acidified by heat treatment at 600 degrees. In the case of Ag, the same surface segregation occurs. Al is used in the metal layer, the surface Al acidified film is formed, the protective film is formed, and the acidified segregation layer (Ge) is formed. The growth of atoms due to surface segregation and the formation of highly crystalline Al thin films Chemical solution washing on Si(111), 30nm thick Al is deposited at room temperature, and relatively flat Al(111) is formed. When the substrate is heated at 100 ° C to 150 ° C, the surface of the Al layer will be melted, and the Al(111) layer will be added to the Al(200) layer. The Al/Si(111) structure with a thickness of 30 nm deposited at room temperature is thermally treated at 500 ° C and the surface flatness is maintained. In the case of SiGe application and Al/Si(111) structure, the amount of Si segregation between Al acidified film and Al thin film during heat treatment increases with the increase of heat treatment temperature. 300 ℃ heat treatment time depends on the Si content.