室温でのSi上酸化物単結晶薄膜成長による半導体/絶縁体整合ヘテロ界面の形成

室温下在Si上生长氧化物单晶薄膜形成半导体/绝缘体匹配异质界面

• 批准号: 08875066
• 负责人: 吉本 護
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 1997
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08875066/
• 关键词: シリコン; 酸化セリウム; 室温エピタキシャル成長; レーザーMBE; 界面; 絶縁破壊; TEM; 酸化物薄膜; シリコン基板; ヘテロ接合; 界面構造

本年度の研究では、シリコン基板上に室温で形成した酸化セリウム単結晶薄膜の整合ヘテロ界面の電気特性評価と結晶成長方位の原始レベル評価を行った。シリコン上への酸化物薄膜の成膜方法では、シリコン基板を水素で終端する清浄表面化処理後、成膜室内にセットし、基板加熱せずに酸化物ターゲットをレーザーMBE法により、基板に膜を堆積する。成膜中は、適当な酸素分圧で基板上に酸素ガスを吹き付ける。また、反射高速電子線回折(RHEED)のその場測定により、膜成長中の構造変化を追跡した。その後、シリコン/酸化セリウム整合ヘテロ界面を用いたMOS型(金属-酸化物-シリコン)電子デバイスを構築し、そのI-V、C-V特性を調べた。さらに高分解能透過型電子顕微鏡観察により、界面構造評価を行った。その結果、下記の研究成果を得ることができた。2段階成膜プロセスを経るレーザーMBE法により、従来考えられなかったような室温という低温でSi(111)基板上にCeO_2単結晶薄膜を作製することに成功し、高分解能TEM格子像の観察から、SiO_xアモルファス層などの形成は見られず、完全に格子整合した界面であることがわかった。この際の成長様式は、高温成長で見られるBタイプ成長ではなく、シリコンと完全に格子整合したAタイプ成長であることを見出した。このように、超高真空中でのレーザーMBE成膜では、セラミックス薄膜の原子層制御のみならず、従来予想できなかったような低温成膜が可能となることがわかった。室温成長CeO_2/Si界面を利用したMOS構造(金属-酸化物-半導体)における電流-電圧特性を調べると、絶縁破壊電圧は1MV/cm以上を示し、電気的にも高品質な酸化物/Si界面が形成されていることがわかった。

This year's study was conducted to evaluate the electrical properties of the interface and the initial orientation of the crystalline film formed on the substrate at room temperature. A method for forming an acid film on a substrate includes: heating the substrate in a film forming chamber; and depositing the acid film on the substrate. In the film formation, the appropriate acid pressure is applied to the substrate. Field measurements of reflective high speed electron beam deflection (RHEED) and structural changes in film growth are tracked. The MOS type (metal-acid compound) electronic interface is used to construct and adjust the I-V and C-V characteristics of the system. High resolution transmission electron microscopy, interface structure evaluation The results of this study are summarized below. 2-stage film formation process: CeO_2 single crystal thin films on Si(111) substrates at room temperature and low temperature were successfully prepared by MBE method. The observation of high resolution TEM lattice images, the formation of SiO_x lattice layers, and the complete lattice integration of CeO_2 single crystal thin films on Si(111) substrates were successfully investigated. The growth pattern of this time is opposite, the growth of high temperature is opposite, the In this case, it is possible to form MBE films in ultra-high vacuum at low temperature. Room temperature growth CeO_2/Si interface uses MOS structure (metal-acid-semiconductor) to adjust current-voltage characteristics, and the breakdown voltage is more than 1MV/cm.

项目成果

M.YOSHIMOTO: "Atomic Scale-Analysis of laser MBE Growth of Oxide Thin Films by In Situ RHEED and CAICISS" MRS Proc.Symp.II. (印刷中). (1998)

M.YOSHIMOTO：“通过原位 RHEED 和 CAICISS 对氧化物薄膜进行激光 MBE 生长的原子尺度分析”MRS Proc.Symp.II（出版中）。

S.YANAGIYA: "Secf-Formed Silicon Quantum Wires on Celtros mooth Sopphire Substrate" Appl.Phys.Lett.71. 1409-1411 (1997)

S.YANAGIYA：“Celtros 光滑蓝宝石基板上的Secf-Formed 硅量子线”Appl.Phys.Lett.71。

M.Yoshimoto: "Advanced Oxide Thin Film Technology for Development of Atomically Regulated Structure and Interface" Proc.PaC Rim2 International Conference. (印刷中).

M. Yoshimoto：“用于开发原子调节结构和界面的先进氧化物薄膜技术”Proc.PaC Rim2 国际会议（正在出版）。

吉本 護: "「気相法による機能性セラミックス薄膜の合成」(セラミックス大学テキスト)" 日本セラミックス協会, 50 (1996)

吉本守：《气相法合成功能性陶瓷薄膜》（陶瓷大学教材），日本陶瓷协会，50（1996）

T.Ohnishi: "Unit Cell Layer-by-Layer Heteroepitaxy of BaO Thin Films at Room Temperature" J.VAC.Sci.& Tech.A. 15. 2469-2472 (1997)

T.Ohnishi：“室温下 BaO 薄膜的单元电池层层异质外延”J.VAC.Sci。