シリコンナノ構造配列を用いた微小電子源の開発

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申請者らが発見したシリコン基板のイオン照射減速エッチング現象を用いて、簡便かつ高性能な冷陰極型の微小電子源を作製するプロセスを構築することを目的として研究を行った。イオン照射減速エッチング現象とは、電子デバイス製造のためのイオン注入技術をナノ加工に応用したもので、イオン注入を施した部位に、ウェハスケールで選択的にナノ構造を作製する技術である。このイオン照射減速エッチングを利用して、これまでに、ダブルゲート型MOSFETや、2極管構造の電界放出素子の作製が達成されていたが、ゲート電極つきの3極管構造や、さらに先端にカーボンナノチューブなどの修飾を行った例はこれまでに実現されていなかった。特にイオン照射減速エッチングは注入したイオン種に依存しないので、触媒金属を打ち込むことによって、カーボンナノチューブなどの電子放出特性のよい材料を選択的にエミッタ先端に修飾することができ、電子放出特性を大幅に改善することが可能となる。我々がこの方針で研究を行った結果、主として下記の3つの成果を獲得した。(1)イオン照射減速エッチングを用いて、ゲート電極を有する3極管構造をナノスケールで実現できるプロセスを構築し、閾値電圧3oVで安定な電子放出を実現した。(2)Niイオンを触媒として注入することにより、シリコンのナノ加工(Niイオン照射減速エッチング)と同時に、注入イオンを核とした選択的な繊維状カーボンの修飾に成功した(特許出願中)。(3)W針の先端に単層のカーボンナノチューブを選択的に、高いスループットで修飾する技術を開発し、閾値電圧の低減と電子放出の時間安定化を実現した。