酸化層中高配向シリコン系量子ドットの高集積化と結合ドット形成によるデバイス機能化

通过在氧化物层中高度集成高度取向的硅量子点并形成键合点来实现器件功能

• 批准号: 10127210
• 负责人: 深津 晋
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10127210/
• 关键词: シリコンベース量子ドット; 単電子デバイス; 高配向性; 酸化物マトリクス; 拡張量子構造; 分子線エピタキシ・イオン注入法; 結合ドット; シリコン量子細線

量子ドットを基軸とする単電子デバイス実用化にはシステムとしての構造制御と集積化が必要となる。本研究では従来の半導体エピ主体のドットに代わる酸化物(SiO_2)マトリクス中の高配向性シリコン(Si)ベース量子ドットを提案した。分子線エピタキシ・イオン注入法(以下、SIMOX-MBE)を拡張し、交互供給、同時供給モードを駆使することで拡張量子構造の形成とデバイス機能化を目指した。SIMOX-MBEでは量子ドットを特長づける(1)配向(2)形状(3)サイズ(4)配置(5)配列などの拘束条件が緩和され、一様な基板配向、熱安定なファセット形状、Si層厚のみで規定されるサイズ分布、高い基板方位方向の制御性が確保できる。横方向のドット配置にプリパタン基板が有効であること、密度向上には交互法に比べて同時供給法が優位であることが分かった。また、(110)基板を使用することでドット充填率の向上と結合ドットの可能性を示唆する結果を得た。さらに、拡張性と制御性向上を狙ってSi量子細線、混晶基板分離構造(SiGe-OI)などの応用量子構造の作製を試みた。V-溝加工したSi(001)基板上へのSIMOX-MBEにより、リソグラフィに依存しない埋め込みSi量子細線、リッジ細線の形成が可能になった。細線形成過程からドット形成カイネティクスでは(1)過剰酸素と内部酸化、(2)飛程と損傷ピークによる酸化層核形成、(3)非安定ファセット消失が重要であることが明らかになった。一方、SOI分野で初めてSiGe-OI形成に成功し、Siの選択酸化のために構造パラメータがにくらべてスケールダウンできることがわかり、SiO_2層の薄膜化とドット微細化が可能なことが判明した。さらにSiGe混晶ドット形成もSiドットと同様な過程を辿り基板配向するが、形状は高指数安定ファセット多面体となることがわかった。

The structure and integration of quantum electron are necessary for the realization of quantum electron theory. In this paper, we propose a new approach to the quantum chemistry of (SiO_2) and (Si) in semiconductor host. Molecular wire injection method (hereinafter SIMOX-MBE) refers to the formation and functionalization of tensile quantum structures by alternating supply and simultaneous supply. SIMOX-MBE has the following characteristics: (1) alignment;(2) shape;(3) configuration;(5) relaxation of constraint conditions for alignment; alignment of substrates; thermal stability;(4) configuration;(5) distribution of Si layer thickness; and (6) control of substrate orientation. The horizontal direction of the substrate configuration is different from the density of the substrate. The results of the combination of the filling ratio and the possibility of using (110) substrates were obtained. In addition, Si quantum fine wires, mixed crystal substrate separation structures (SiGe-OI) and the fabrication of quantum structures with high tensile strength and high control properties were tested. SIMOX-MBE on Si(001) substrate with V-groove processing depends on the formation of Si quantum fine wires and fine wires. The formation of fine lines is mainly due to (1) the acidification of the interior of the acid layer,(2) the formation of an acidified nucleus in the flight path, and (3) the disappearance of unstable particles. On the one hand, the SOI separation is successful in the formation of SiGe-OI, and the structure of Si selective acidification is possible to miniaturize the SiO_2 layer. The SiGe hybrid crystal is formed by the same process, the substrate alignment, the shape and the high index stability.

项目成果

Y.Ishikawa: "Eptaixial Si/SiO_2 low dimensional structures" Thin Solid Films. 321. 234-240 (1998)

Y.Ishikawa：“Eptaixial Si/SiO_2 低维结构”固体薄膜。

S.Fukatsu: "SiGe-based semiconductor-on-insulator substrate created by low-energy separation-by-implanted-oxygen" Applied Physics Letters. 72. 3485-3487 (1998)

S.Fukatsu：“通过注入氧低能量分离创建的基于 SiGe 的绝缘体上半导体衬底”《应用物理快报》。

S.Fukatsu: "Suppression of phonon replica in the radiative recombination of an MBE-grown type-II Ge/Si quantum dot" Thin Solid Films. 321. 65-69 (1998)

S.Fukatsu：“MBE 生长的 II 型 Ge/Si 量子点辐射复合中声子复制品的抑制”固体薄膜。

Y.Ishikawa: "Creation of (110)-aligned Si quantum wires encompassed by SiO_2 using low-energy separation-by-implanted-oxygen on a V-groove patterned substrate" Applied Physics Letters. 72. 2592-2594 (1998)

Y.Ishikawa：“在 V 形槽图案化基板上使用注入氧的低能分离，创建由 SiO_2 包围的 (110) 排列的 Si 量子线”《应用物理快报》。

S.Fukatsu: "Optical Properties of Low Dimensional Materials Vol.2" Eds.T.Ogawa and Y.Kanemitsu (World Scientific,Singapore), 72 (1998)

S.Fukatsu：“低维材料的光学特性 Vol.2”Eds.T.Okawa 和 Y.Kanemitsu（世界科学公司，新加坡），72 (1998)