絶縁体に埋め込まれた高配向性シリコン系量子微結晶の作製制御

嵌入绝缘体中的高度定向硅基量子微晶的制造控制

基本信息

批准号：
08247208
负责人：
深津晋
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

エピタキシ-技術を応用したSi量子微結晶の作製制御によって、等方的単電子トンネルリングモデルの構造限界の克服、連鎖トンネル接合系への拡張などを目標に、規底構造のSi微結晶を空間的に秩序をもって配向させることを中心課題に置いた。従来の分散法と異なり、エピタキシ-を利用した微結晶作製は、国内外を問わず例がなく画期的な試みである。エピ成長時に低速酸素イオン(O^+)注入することでSIMOX形成過程を利用したエピタキシャルSi/SiO2対基本構造を作製した。最上層を含めすべてのSiは完全な結晶である。Si層の基板配向性を利用して注入条件を変調すると、酸素原子のランダム酸化によってSi層の連続性が失われる結果、サイズ10nm以下の高配向性Si量子微結晶が形成された。分散系微結晶とは全く異なり、ほぼ完全に(100)配向した微粒子の層状配列が実現する。また、サイズ分布がSi膜厚で制限される事実を制御性の向上に利用した。Si/SiO2界面は化学量論組成、原子レベルの平坦性を有していることが判った。微粒子からは室温可視光発光が得られている。一方、Si/SiO2対基本構造の屈折率ステップを巧みに利用して再エピ対応Bragg反射器を実現した。90%以上の反射率が容易に達成できた。再エピが可能なことからSi系光素子応用への有効性が示された。また、同構造は高度絶縁層としての役割も担っており、さらにはSi微粒子への2次元電極としても利用できるなどその拡張性は極めて広いと考える。

通过使用外延技术控制硅量子微晶的制造，我们的目标是克服各向同性单电子隧道模型的结构限制，并将其扩展到链隧道结系统。中心问题是以有序的方式定向材料。与传统的分散方法不同，利用外延生长微晶是一项突破性的尝试，在日本国内外都没有先例。采用SIMOX形成工艺，在外延生长过程中缓慢注入氧离子(O^+)，制备了外延Si/SiO2对基本结构。所有硅，包括顶层，都是完美结晶的。当使用Si层的衬底取向来调节注入条件时，由于氧原子的随机氧化，Si层的连续性丧失，导致形成尺寸小于10 nm的高度取向的Si量子微晶。与分散的微晶完全不同，实现了几乎完美（100）取向的微粒的分层排列。此外，利用尺寸分布受Si膜厚度限制的事实来提高可控性。研究发现Si/SiO2界面具有化学计量组成和原子水平的平坦度。已从细颗粒中获得了室温可见光发射。另一方面，巧妙地利用Si/SiO2基本结构的折射率阶跃，实现了再外延兼容的布拉格反射器。轻松实现90%以上的反射率。由于重新外延是可能的，其在硅基光学器件应用中的有效性已得到证明。此外，这种结构还起到了高度绝缘层的作用，我们相信它的可扩展性非常广泛，因为它也可以用作Si颗粒的二维电极。