極限集積化知能デバイスのための分子設計支援システムの開発とその応用

高集成智能器件分子设计支持系统开发及应用

• 批准号: 09224201
• 负责人: 宮本 明
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 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: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09224201/
• 关键词: 半導体; シリコン; 原子レベル制御; 分子動力学法; 分子軌道法; 表面加工; 希ガス照射; 酸化

低消費電力で超高速に多機能を発揮するLSIの構築には,デバイス特性と密接に関係する材料の微細構造を原子レベルで制御する必要がある.そこでまず,分子動力学法を用いSi(100)面上に形成されたシリコン原子層への希ガス原子照射のシミュレーションを行い,動的挙動および微細構造について検討した.Si(100)面に析出したシリコン原子は比較的凹凸を有したが,基板温度400Kにおいて希ガス原子を照射することにより表面シリコン原子が移動し,原子レベルでほぼ平坦なシリコン表面が得られた.またさらに各原子の動的挙動の解析より,このような希ガス照射は,選択的に表面シリコン原子の変位のみを励起し,バルク層の構造に与える影響は小さいことがわかった.次にシリコン基板表面上において酸化絶縁膜がどのように形成ざれていくかを解明するために、クラスタモデルを用いた分子軌道法により水素終端Si(100)ー2×1面、Si(111)-1×1面の酸化過程を原子レベルで解析した.両表面ともシリコン原子は酸素と結合することにより、さらに別の酸素と結合しやすくなるという性質を持つことが示された。従って酸化物は、基本的には島状成長を好む。また、H-Si(100)ー2×1面では、最表層ダイマーサイトが直接お互いに結合していないため、離れたダイマーサイトの酸化による新たな酸化物の核の生成と、近隣サイトの酸化による酸化物の島状成長の確率がほぼ等しく、酸化は比較的高分散して均一に進行することが予測された。一方H-Si(111)-1×1面では、最表層のシリコンがネットワーク状に結合しており、それを伝わった酸化物の横方向への成長が新たな核の生成より有利であるため、局所的にlayer-by-layerに成長していくことが予測された。

为了构建能够超高速、低功耗地执行多种功能的LSI，需要在原子水平上控制与器件特性密切相关的材料的精细结构。因此，我们首先使用分子动力学方法开发了Si（模拟稀有气体原子辐照在100）表面上形成的硅原子层沉积在Si(100)表面的硅原子相对不均匀，但通过在400 K的衬底温度下用稀有气体原子照射它们，表面硅原子发生移动，获得了原子水平上几乎平坦的硅表面。此外，对每个原子的动态行为的分析表明，这种稀有气体照射仅选择性地激发表面硅原子的位移，并且对体层的结构几乎没有影响，以了解氧化物绝缘膜是如何形成的。表面，使用光栅模型，利用分子轨道法在原子水平上分析了氢封端的Si(100)-2×1面和Si(111)-1×1面的氧化过程。这表明它具有更容易与其他氧结合的特性。因此，氧化物基本上更喜欢岛状生长。此外，在H-Si(100)-2×1平面中，最外面的二聚体位点彼此不直接键合，因此通过远处的二聚体位点的氧化生成新的氧化物核，并且发生邻近位点的氧化。预测氧化物岛状生长的概率几乎相等，氧化进行均匀且分散程度较高。另一方面，在H-Si(111)-1×1平面中，最外层的硅以网络形式键合，通过该键传播的氧化物的横向生长比生成更有利。据预测，这将在局部逐层生长。

项目成果

A.Endou et al.: "Quantum Chemical Study on SiO Desorption from Si (111) Surface" Surface Science. 387. 59-69 (1997)

A.Endou 等人：“Si (111) 表面 SiO 解吸的量子化学研究”表面科学。

M.Kubo et al.: "Atomic Control of Layer-by-Layer Epitaxial Growth on SrTi03 (001) : Molecular Dynamics Simulations" Physical Review B. 56. 13535-13542 (1997)

M.Kubo 等人：“SrTi03 (001) 上逐层外延生长的原子控制：分子动力学模拟”物理评论 B. 56. 13535-13542 (1997)

K.G.Nakamura et al.: "Theoretical Calculation of Hydrogen Molecule in Silicon" The Journal of chemical Physics. (印刷中).

K.G.Nakamura 等人：“硅中氢分子的理论计算”化学物理杂志（正在出版）。

A.Stirling et al.: "T-Point Dersity Functional Calculations on the Adsorption of Rhodium and Pallodium Particles or MgO (001) Surface and Their Activity" The Journal of Chemical Society,Faraday Transactions. 93. 1175-1178 (1997)

A.Stirling 等人：“铑和钯颗粒或 MgO (001) 表面吸附的 T 点密度泛函计算及其活性”化学学会杂志，法拉第会刊。

K.Tsujimichi et al.: "Simulation of Atomic Force Microscopy Images of Cloaved Mica Surfaces" The Journal of Physical Chemistry B. 101. 4260-4264 (1997)

K.Tsujimichi 等人：“Claated Mica 表面原子力显微镜图像的模拟”The Journal of Physical Chemistry B. 101. 4260-4264 (1997)