精密電子制御したシリコン系ナノ結晶の立体集積構造作成と光電子融合デバイス応用

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本年度は,ナノドット形成メカニズム解明およびシリサイドナノドットとSi量子ドット積層構造フローティングゲートに着目し、下記3点に力点をおいて研究を推進した。1.リモートプラズマ支援による金属ナノドット形成メカニズムSi-OH終端した膜厚3.5nmのSiO_2膜上に、Arスパッタにより極薄Pt膜を形成し、外部加熱無で、Ar、H_2、ガスおよびそれらの混合ガスのリモートプラズマ(RP)処理を5分間施した。また、Pt箔で覆った熱電対をSi基板上に固定し、同条件でRP処理した際の表面温度を計測した。純Ar RP処理では、表面温度は約50℃であるのに対して、H_2を混合するとH_2濃度の増加に伴い、表面温度が顕著に増加し、純H_2 RP処理で、約500℃に達する。RP支援によるPtナノドットの形成は、Pt表面における原子状水素の再結合に起因した局所加熱によるPt原子の凝集であることが分かった。2.高密度Si量子ドット/SiO2の核密度制御p-Si(100)基板上に1000℃、2%O_2で膜厚〜3.6nmのSiO_2を形成後、0.1%HF処理によりSiO_2表面をOH終端し、その後、室温でHe希釈10%GeH_4に暴露した。圧力、暴露時間はそれぞれ0.2〜100Torr、1.0〜10minで変化させた。その後、同一チャンバー内でSi_2H_6-LPCVD(400℃)によりSi量子ドットを自己組織化形成した結果、GeH_4照射することにより、ドット密度が未照射のSiO_2上に比べ約40倍に増加した。Si_2H_6-LPCVD直前にOH終端した熱SiO_2表面に室温、100Torrで10min GeH_4を吸着させることで、面密度1.2×10^<13>cm^<-2>で均一サイズ(半値幅**nm)のSi量子ドットを形成できた。3.NiSiドット/Si量子ドットハイブリドフローティングゲートMOSキャパシタにおける電荷注入特性多段階電子注入および安定電荷保持の両立が期待できるNiSiドット/Si量子ドット積層ハイブリッドフローティングゲートMOSキャパシタにおいて、多数電子および正孔注入が反映して、最大印加ゲート電圧の増加に対して線形に増大することが分かった。また、パルスゲート電圧印加においては、電子注入レートが段階的に変化することからNiSiナノドットへの電子注入がSi量子ドットの離散化したエネルギー状態を反映することが明らかとなった。