ゲルマニウム二次元結晶のヘテロ構造形成と電子物性制御

二维锗晶体异质结构形成及电子性质控制

基本信息

批准号：
22H01524
负责人：
大田晃生
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Fukuoka University (2023)Nagoya University (2022)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01524/
关键词：
ゲルマニウムシリコン極薄結晶偏析電子状態

项目摘要

14族元素であるGeやSiと共晶型の状態図をとるAgやAlを組み合わせた積層構造において、熱処理による表面偏析を利用して、金属薄膜表面に二次元結晶や極薄結晶、それらのヘテロ構造を形成する方法を探求した。Si(111)基板上にCVDにより厚さ85nmのSiGe(111)を堆積し、SiGe表面を化学溶液洗浄した後、厚さ30nmのAlおよびAg薄膜を抵抗加熱真空蒸着により形成した。XPS分析の結果、金属層にAlを用いた場合、熱処理によりSiおよびGeが表面偏析する。このとき、表面偏析したSiの大部分が酸化する一方、Geは600度の熱処理でも酸化が抑制されることが分かった。Agを用いた場合では、同様に表面偏析したSiとGeはどちらも酸化が進行した。Alを下地金属に用いることで、表面にAl酸化膜が形成され保護膜として機能し、偏析層（特にGe）の酸化を抑制できたと考えられる。また、表面偏析した原子の成長テンプレートとなるために、高結晶性のAl薄膜形成について調べた。化学溶液洗浄したSi(111)上では、厚さ30nmのAlを室温で堆積することにより、比較的平坦なAl(111)を形成できた。一方、100度および150度に基板加熱しAlを堆積すると表面荒れが顕在化し、Al(111)に加えてAl(200)が成長する。また、室温堆積した厚さ30 nmのAl/Si(111)構造では、500度までの窒素雰囲気中熱処理により、表面平坦性を維持しつつその結晶性が向上することが分かった。SiGeを用いた場合と同様にAl/Si(111)構造の場合も、熱処理によりAl酸化膜とAl薄膜との間にSi偏析し、その量は熱処理温度と伴に増大する。300度の熱処理では、時間に依らずSi量はほぼ一定であることから、その制御には熱処理時間よりも温度が重要であることが分かった。

在将14组元素GE和SI与Ag和Al相结合的层压结构中，该组合的相图具有共晶类型的相位图，我们探索了一种在金属薄膜表面上使用热处理引起的表面隔离的金属薄膜表面上形成二维晶体，超薄晶体和异质结构的方法。 SIGE（111）用CVD沉积在Si（111）基板上，用化学溶液洗涤SIGE表面后，通过电阻加热真空沉积形成了30 nm厚的Al和Ag薄膜。由于XPS分析，当Al用于金属层时，由于热处理而导致Si和GE的表面分离。目前，虽然大多数表面隔离Si氧化，但即使在600°C下进行热处理，GE的氧化也会被抑制。当使用Ag时，Si和GE之间的氧化会进行，而Si和GE的表面隔离相似。通过使用Al作为基础金属，在表面上形成了Al氧化物膜并充当保护膜，并且相信可以抑制隔离层（尤其是GE）的氧化。此外，为了形成表面隔离原子的生长模板，研究了高度结晶的薄膜的形成。在化学溶液洗涤的SI（111）上，通过在室温下沉积30 nm厚的Al形成相对平坦的Al（111）。另一方面，当通过将基板加热到100和150度来沉积Al时，表面粗糙度变得显而易见，而Al（200）除了Al（111）之外也会生长。还发现，在室温沉积的Al/Si（111）结构中，厚度为30 nm，在氮气中，通过在500度的氮气中，通过热处理改善了Al/Si（111）结构的结晶度，同时保持表面平整。类似于使用SIGE的情况，在Al/Si（111）结构的情况下，Si分离发生在Al氧化物膜和通过热处理中的Al薄膜之间发生，并且随热处理温度而增加。在300°C的热处理中，无论时间如何，SI的量几乎是恒定的，并且发现温度比控制此温度更重要。