室温でのSi上酸化物単結晶薄膜成長による半導体/絶縁体整合ヘテロ界面の形成

室温下在Si上生长氧化物单晶薄膜形成半导体/绝缘体匹配异质界面

• 批准号: 08875066
• 负责人: 吉本 護
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 1997
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08875066/
• 关键词: シリコン; 酸化セリウム; 室温エピタキシャル成長; レーザーMBE; 界面; 絶縁破壊; TEM; 酸化物薄膜; シリコン基板; ヘテロ接合; 界面構造

本年度の研究では、シリコン基板上に室温で形成した酸化セリウム単結晶薄膜の整合ヘテロ界面の電気特性評価と結晶成長方位の原始レベル評価を行った。シリコン上への酸化物薄膜の成膜方法では、シリコン基板を水素で終端する清浄表面化処理後、成膜室内にセットし、基板加熱せずに酸化物ターゲットをレーザーMBE法により、基板に膜を堆積する。成膜中は、適当な酸素分圧で基板上に酸素ガスを吹き付ける。また、反射高速電子線回折(RHEED)のその場測定により、膜成長中の構造変化を追跡した。その後、シリコン/酸化セリウム整合ヘテロ界面を用いたMOS型(金属-酸化物-シリコン)電子デバイスを構築し、そのI-V、C-V特性を調べた。さらに高分解能透過型電子顕微鏡観察により、界面構造評価を行った。その結果、下記の研究成果を得ることができた。2段階成膜プロセスを経るレーザーMBE法により、従来考えられなかったような室温という低温でSi(111)基板上にCeO_2単結晶薄膜を作製することに成功し、高分解能TEM格子像の観察から、SiO_xアモルファス層などの形成は見られず、完全に格子整合した界面であることがわかった。この際の成長様式は、高温成長で見られるBタイプ成長ではなく、シリコンと完全に格子整合したAタイプ成長であることを見出した。このように、超高真空中でのレーザーMBE成膜では、セラミックス薄膜の原子層制御のみならず、従来予想できなかったような低温成膜が可能となることがわかった。室温成長CeO_2/Si界面を利用したMOS構造(金属-酸化物-半導体)における電流-電圧特性を調べると、絶縁破壊電圧は1MV/cm以上を示し、電気的にも高品質な酸化物/Si界面が形成されていることがわかった。

在今年的研究中，评估了在硅底物上形成的单晶薄晶体薄膜的杂细胞场的电气特征评估，并进行了晶体生长方向的原始水平。在硅上的氧化薄膜的膜形成方法中，硅底物在干净的表面处理后以薄膜形式设置为以氢的结尾，氧化物靶标未加热，氧化物目标是由氧化物靶标。激光MBE方法。在膜形成过程中，用适当的氧气将氧气喷在基材上。此外，通过测量反射的高速电子线转换（RHEED）来跟踪膜生长过程中的结构变化。之后，构建了使用硅/天花板组合杂音界面的MOS类型（金属氧化物 - 硅）电子设备，并检查了I-V和C-V特性。此外，通过高分辨率传输的透明电子显微镜观察来评估界面结构。结果，获得了以下研究结果。通过两个阶段膜过程的激光MBE方法成功地在室温下在底物上产生了CEO_2单晶薄膜，这在过去是不可思议的，并且观察高分辨率的TEM Lattice雕像。发现目前的生长方式不是高温生长所看到的B型生长，而是与硅完全集成的类型A型。通过这种方式，发现超高空中的激光MBE膜不仅可以控制陶瓷薄膜的原子层，而且还可以控制过去预计的低温膜。当使用界面使用界面检查MOS结构中的电流 - 氧化物 - 氧化型电压时，绝缘的破坏性电压表明1 mV/cm或更多，并且结果是电氧化物/SI。界面形成。

项目成果

M.YOSHIMOTO: "Atomic Scale-Analysis of laser MBE Growth of Oxide Thin Films by In Situ RHEED and CAICISS" MRS Proc.Symp.II. (印刷中). (1998)

M.YOSHIMOTO：“通过原位 RHEED 和 CAICISS 对氧化物薄膜进行激光 MBE 生长的原子尺度分析”MRS Proc.Symp.II（出版中）。

S.YANAGIYA: "Secf-Formed Silicon Quantum Wires on Celtros mooth Sopphire Substrate" Appl.Phys.Lett.71. 1409-1411 (1997)

S.YANAGIYA：“Celtros 光滑蓝宝石基板上的Secf-Formed 硅量子线”Appl.Phys.Lett.71。

吉本 護: "「気相法による機能性セラミックス薄膜の合成」(セラミックス大学テキスト)" 日本セラミックス協会, 50 (1996)

吉本守：《气相法合成功能性陶瓷薄膜》（陶瓷大学教材），日本陶瓷协会，50（1996）

M.Yoshimoto: "Advanced Oxide Thin Film Technology for Development of Atomically Regulated Structure and Interface" Proc.PaC Rim2 International Conference. (印刷中).

M. Yoshimoto：“用于开发原子调节结构和界面的先进氧化物薄膜技术”Proc.PaC Rim2 国际会议（正在出版）。

T.Ohnishi: "Unit Cell Layer-by-Layer Heteroepitaxy of BaO Thin Films at Room Temperature" J.VAC.Sci.& Tech.A. 15. 2469-2472 (1997)

T.Ohnishi：“室温下 BaO 薄膜的单元电池层层异质外延”J.VAC.Sci。