シングルイオン注入法を用いた不純物原子の個数・位置制御によるナノ物性制御

使用单离子注入方法通过控制杂质原子的数量和位置来控制纳米物理性质

基本信息

批准号：
02J84201
负责人：
品田賢宏
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,シングルイオン注入法によるナノ物性制御とその応用を探索するために,次の3つの計画を掲げている.H15年度の取り組みは以下の通りである.Plan-1)不純物原子を個数と位置を制御して注入することにより,特性ゆらぎのない高性能半導体デバイスを開発する.Plan-2)母体結晶に対して正あるいは負に帯電する元素,触媒作用のある元素,磁性を有する元素を注入することにより局所的改質部位の2次元配列を形成する.Plan-3)スピンをもつ原子あるいは分子を改質部位に吸着もしくは埋め込むことにより,伝導キャリアとスピンの相互作用に起因する電気的特性を適用した新しい半導体デバイスを開発する.(1)不純物原子の個数・位置制御された半導体デバイスの電気的特性評価(Plan-1)不純物原子の個数,位置が制御された半導体デバイスのしきい値電圧が,ランダム配置と比較してゆらぎが小さく,約2倍閾値電圧が小さいことが判明したことを受けて,ホール効果測定法によって移動度の温度依存性を求めた.これまでのところ,室温では顕著な違いは認められなかったが,液体窒素温度において,規則配置の方が少なくとも約3倍高い移動度を観測した.(2)カーボンナノチューブ(CNT)選択成長に必要な触媒金属濃度の評価(Plan-2)Niイオン注入部位にCNTが成長することに初めて成功したことを受けて,ナノチューブ成長に必要な触媒金属の注入量を評価した.注入量が10^<12>cm^<-2>台ではナノチューブの成長は観測されず10^<13>cm^<-2>台で初めて成長を確認した.CNT成長にはある一定の触媒金属の存在が必要であることが今回明らかとなった.(3)化合物半導体中にNi原子の2次元配列(Plan-3)新しいナノ構造スピンデバイスを開発するために,高移動度逆HEMT構造中に磁性元素の1つであるNiイオンを個数と位置を制御して100nm間隔で注入した.現時点では,顕著な巨大磁気抵抗効果は得られていないが,アニール条件,注入量および注入間隔の最適化を行い,磁気抵抗効果の観測を目指す.

在这项研究中，我们制定了三个计划，通过单个离子植入方法及其应用来探索纳米物理特性的控制。 2003年的举措如下：计划1）开发高性能的半导体设备，通过植入具有控制数量和位置的杂质原子，在性质中没有波动。计划2）我们通过向父晶体植入积极或负电荷的元素，催化元件和磁元素来形成局部修改的位点的二维阵列。计划3）通过吸附或嵌入儿童或分子中，开发了一种新的半导体装置，该设备应用于导电载体和自旋之间的相互作用引起的电气性能。 (1)Electronic characteristics of semiconductor devices controlled by the number of impurity atoms and position (Plan-1)In response to the fact that the threshold voltage of semiconductor devices with controlled number of impurity atoms and positions is found to be smaller than that of a random arrangement and the threshold voltage of a semiconductor device, the temperature dependence of mobility was determined using Hall effect measurement.到目前为止，在室温下未观察到显着差异，但是在液氮温度下，我们观察到的迁移率至少高约三倍。（2）评估碳纳米管选择性生长（CNT）（PLAN-2）所需的催化金属浓度（PLAN-2），在Ni iros植入位点生长的第一个成功的CNT，我们评估了纳米管生长所需的催化金属量。植入量为10^<12> cm^<-2>，未观察到纳米管的生长，并且10^<13> cm^<-2 >> 10^<13> cm^<-2 >>在机器上首次确认了生长。现在已经揭示了CNT生长需要某种催化金属。（3）为了开发一种新的纳米结构旋转装置，其中一种磁性元件的二维阵列（计划-3）以100 nm的间隔植入了一个高弹性逆性HEMT结构，由Ni离子的数量和位置控制。目前，尚未实现较大的大磁倍率效应，但是对退火条件，植入量和植入间隔进行了优化，以观察磁扰性效应。