ナノポアドーピングによるシリコン極限ナノシートの新規ナノ物性創出

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令和4年度の概要は下記である。酸素エッチングによって極薄シリコン層を形成するための基板・エッチング条件の確認を行った。基板としては、スマートカット法により作成したシリコン・オン・インシュレーター（SOI）基板（市販品）を用いた。今回、従来用いていた(100)方位ではなく、(110)方位のSOI基板を用いてエッチング条件の確認を行った。これは、面方位を変えることによりエッチング速度が変化するか、また(100)を用いた場合よりも、より薄膜のシリコン層が形成できるかを確認するものである。(100)の場合と同様の温度、酸素分圧条件でSOI層をエッチングし、その膜厚を計測した結果、シリコン層のエッチング速度は(100)方位の場合と同様で、面方位によらず酸素分圧のみに依存することが明らかとなった。エッチング速度は、温度900℃、酸素分圧1×10-5torrの条件でおよそ4nm/minであった。酸素エッチングの速度が酸素の供給律速によって決まっていることを確認する結果であった。ヘリウムイオン照射による試料加工は、グラフェンなどの極めて薄い試料に対して実施されてきたことから、Siに対する加工にあたってもSOIをサブ1nmまで薄膜化して実施する予定であったが、これに先立ち、膜厚3nm程度のシリコン層を形成して、それに対してヘリウムイオン照射により加工が可能であるかの予備実験を行った。シリコン層は酸素エッチングにより薄膜化し、下層のSiO2層を除去することなく照射実験を行った。ドーズ量を変調してヘリウムイオン照射を行ったところ、照射後のヘリウムイオン顕微鏡観察において、ドーズ量の変化に従い照射スポットエリアの輝度が変化するのが確認された。さらにドーズを増加させると、窪みのような形状が形成されることが分かった。すなわちヘリウムイオンのドーズ量を調整することで、シリコンに対しても数十nmピッチでの規則的な変調構造が形成できる可能性が示された。