半導体シリコンナノ細線の創製・配列・機能制御と単一ナノ物性評価

半导体硅纳米线的创建、排列和功能控制以及单个纳米物理性质的评估

• 批准号: 17760003
• 负责人: 深田 直樹
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760003/
• 关键词: ナノ材料; 量子細線; 量子閉じ込め; 半導体物性; ドーピング

半導体Siナノワイヤーは次世代半導体デバイス、例えば、サラウンディングゲートトランジスタ(Surrounding Gate Transistor : SGT)の構成要素として期待されており、その形成、配列、および特性制御技術の開発が重要課題となっている。そこで本年度は、半導体の特性発現において最も重要な不純物ドーピングに関連した研究を行った。レーザーアブレーションによるSiナノ細線の生成中に、Si中でアクセプタおよびドナーとなるボロン(B)およびリン(P)のドーピングを行った。Bドーピングを行ったSiナノ細線においては、顕微ラマン散乱測定の結果、^<11>Bおよび^<10>Bの局在振動モードを約618cm^<-1>および640cm^<-1>の位置に観測することができた。さらに、そのSi光学フォノンピークに、高濃度Bドーピングによる価電子帯内での連続的なレベル間での遷移と、離散的なフォノンのレベルとのカップリングによって生じるファノブロードニングを観測することに成功した。また、Pドーピングを行った試料では、電子スピン共鳴(ESR)測定の結果、伝導電子のESRシグナルを観測することに成功した。以上の結果は、BおよびPがSiナノ細線中のSi置換位置にドープされ、活性化していることを分光学的に初めて証明した結果となった。Bのドーピング量については、局在振動ピークの強度及びファノブロードニングから、約10^<19>-10^<20>cm^<-3>台の高濃度ドーピング実現されていることが分かった。一方、Pドーピングの場合には、観測された伝導電子のESRシグナルの解析から、Bドーピングの場合と同様に約10^<19>-10^<20>cm^<-3>台の高濃度ドーピング実現されていることが分かった。また、バルクの試料と同様に、水素を用いてドーパントの電気的活性度を制御する実験を行った。その結果、Siナノ細線中にドープされたBおよびPの不活性化とそれを利用した活性なキャリア濃度の制御に成功した。また、水素を用いることにより、電気的特性等に悪影響を及ぼす表面・界面欠陥の不活性化を行うことにも成功した。

Semiconductor Si ナ ノ ワ イ ヤ ー は nextgen semiconductor デ バ イ ス, example え ば, サ ラ ウ ン デ ィ ン グ ゲ ー ト ト ラ ン ジ ス タ (Surrounding Gate Transistor: SGT) の components と し て expect さ れ て お り, そ の formation, with columns, お よ び features suppression technology の open 発 が important topic と な っ て い る. そ こ で は this year, semiconductor の 発 now に お い て も most important な impurity content ド ー ピ ン グ に masato even し た を line っ た. レ ー ザ ー ア ブ レ ー シ ョ ン に よ る Si ナ ノ の thin lines generated in Si に and で ア ク セ プ タ お よ び ド ナ ー と な る ボ ロ ン (B) お よ び リ ン (P) の ド ー ピ ン グ を line っ た. Line B ド ー ピ ン グ を っ た Si ナ ノ thread に お い て は, 顕 ラ マ ン scattered の results, ^ < 11 > B お よ び ^ < > 10 B の bureau in vibration モ ー ド を about 618 cm ^ < 1 > お よ び 640 cm ^ < 1 > の position に 観 measuring す る こ と が で き た. さ ら に, そ の Si optical フ ォ ノ ン ピ ー ク に, high concentration of B ド ー ピ ン グ に よ る 価 electronic 帯 で の even 続 な レ ベ ル between で と の migration, discrete な フ ォ ノ ン の レ ベ ル と の カ ッ プ リ ン グ に よ っ て raw じ る フ ァ ノ ブ ロ ー ド ニ ン グ を 観 measuring す る こ と に successful し た. ま た, P ド ー ピ ン グ を line っ た sample で は, electronic ス ピ ン resonance (ESR) の results, 伝 electronic の ESR シ グ ナ ル を 観 measuring す る こ と に successful し た. は の results above, B お よ び P が Si ナ ノ の Si in the thin line replacement position に ド ー プ さ れ, active し て い る こ と を points at the beginning of the optical に め て prove し た results と な っ た. B の ド ー ピ ン グ quantity に つ い て は, bureau in vibration ピ ー ク の strength and び フ ァ ノ ブ ロ ー ド ニ ン グ か ら, about 10 ^ < > 19-10 ^ < > 20 cm ^ 3 > < - Taiwan の high-concentration ド ー ピ ン グ be presently さ れ て い る こ と が points か っ た. Party, P ド ー ピ ン グ の occasions に は, 観 さ れ た 伝 guide electronic の ESR シ グ ナ ル の parsing か ら, B ド ー ピ ン グ と の occasions with others に about 10 ^ < > 19-10 ^ < > 20 cm ^ 3 > < - Taiwan の high-concentration ド ー ピ ン グ be presently さ れ て い る こ と が points か っ た. ま た, バ ル ク の sample with others と に, water element を い て ド ー パ ン ト の electric 気 activity を suppression す る be 験 を line っ た. そ の results, Si ナ ノ thin lines in に ド ー プ さ れ た B お よ び P の not activeness と そ れ を using し た active な キ ャ リ ア concentration の suppression に successful し た. ま た, water element を い る こ と に よ り, such as the characteristics of electric 気 に 悪 influence を and ぼ す surface, interface owe 陥 の not activeness を う こ と に も successful し た.

项目成果

Phonon confinement and self-limiting oxidation effect of silicon nanowires synthesized by laser ablation

• DOI: 10.1063/1.2218386
• 发表时间: 2006-07-15
• 期刊: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 3.2
• 作者: Fukata, N.;Oshima, T.;Ito, S.
• 通讯作者: Ito, S.

Phonon confinement in silicon nanowires synthesized by laser ablation method

激光烧蚀法合成的硅纳米线中的声子限制

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physica B 376-377
• 作者: N.Fukata;T.Oshima;N.Okada;T.Kizuka;T.Tsurui;S.Ito;K.Murakami
• 通讯作者: K.Murakami

Synthesis of silicon nanowires using laser ablation method and their manipulation by electron beam

• DOI: 10.1016/j.stam.2005.06.015
• 发表时间: 2005-01
• 期刊: Science and Technology of Advanced Materials
• 影响因子: 5.5
• 作者: N. Fukata;T. Oshima;T. Tsurui;S. Ito;K. Murakami

Carrier doping in silicon nanowires synthesized by laser ablation

激光烧蚀合成的硅纳米线中的载流子掺杂

• 发表时间: 2007
• 期刊: Materials Research Society Symposium Proceedings 963E
• 作者: N.Fukata;N.Okada;S.Matsushita;T.Tsurui;S.Ito;J.chen;T.Sekiguchi;N.Uchida;K.Murakami
• 通讯作者: K.Murakami

レーザーアブレーション法により生成したSiナノ細線 : -酸化による細線径および応力の制御と不純物ドーピング-

采用激光烧蚀法生产的硅纳米线：-通过氧化和杂质掺杂控制线径和应力-

• 发表时间: 2006
• 期刊: 応用物理学会誌 12月号
• 作者: N.Fukata;T.Oshima;N.Okada;T.Kizuka;T.Tsurui;S.Ito;K.Murakami;深田直樹
• 通讯作者: 深田直樹