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

基本信息

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

项目摘要

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。

为了实际利用基于量子点的单电子设备，需要将结构控制和集成作为系统。在这项研究中，我们提出了氧化物（SIO_2）基质中基于高度定向的硅（SI）量子点，该矩阵取代了常规的半导体基于EPI的点。目的是扩大分子束外延离子植入法（以下称为Simox-Mbe），并使用交替和同时的供应模式形成扩展的量子结构并使设备使设备起作用。 Simox-MBE具有量子点，包括（1），（2），（3），（3），（4），（4）和（5）诸如以量子点为特征的约束，可以减轻量子点的特征，从而允许均匀的底物方向（均匀稳定的尺寸形状），仅由SI层层厚度厚度厚度厚度和高底层可控制性可控制性。已经发现，预模式底物对沿侧向的点排列有效，并且同时供应方法优于增加密度的交替方法。此外，使用（110）底物，结果表明，点填充率有所改善，并且获得了粘合点的可能性。此外，我们试图制造应用的量子结构，例如Si量子线和混合晶体基板分离结构（SIGE-OI），以提高可扩展性和可控性。 v-Grove Si（001）底物上的Simox-MBE使得与独立于光刻的嵌入式Si量子线和脊线形成嵌入式式Si量子线。细线的形成过程表明（1）（1）多余的氧和内部氧化，（2）由于范围和损伤峰引起的氧化物层成核，以及（3）无症状的小平面消失在点形成动力学中很重要。另一方面，首先在SOI场中成功形成SIGE-OI，并且发现与SI的选择性氧化相比，可以将结构参数缩减为缩小，并且可以将SIO_2层稀释并进行斑点。此外，SIGE混合晶体点的形成遵循与SI点相同的过程，并且底物是定向的，但是发现该形状是高指数稳定的小平面多面体。