酸化層中高配向シリコン系量子ドットの高集積化と結合ドット形成によるデバイス機能化

通过在氧化物层中高度集成高度取向的硅量子点并形成键合点来实现器件功能

基本信息

批准号：
10127210
负责人：
深津晋
金额：
$ 0.96万
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 (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

量子ドットを基軸とする単電子デバイス実用化にはシステムとしての構造制御と集積化が必要となる。本研究では従来の半導体エピ主体のドットに代わる酸化物(SiO_2)マトリクス中の高配向性シリコン(Si)ベース量子ドットを提案した。分子線エピタキシ・イオン注入法(以下、SIMOX-MBE)を拡張し、交互供給、同時供給モードを駆使することで拡張量子構造の形成とデバイス機能化を目指した。SIMOX-MBEでは量子ドットを特長づける(1)配向(2)形状(3)サイズ(4)配置(5)配列などの拘束条件が緩和され、一様な基板配向、熱安定なファセット形状、Si層厚のみで規定されるサイズ分布、高い基板方位方向の制御性が確保できる。横方向のドット配置にプリパタン基板が有効であること、密度向上には交互法に比べて同時供給法が優位であることが分かった。また、(110)基板を使用することでドット充填率の向上と結合ドットの可能性を示唆する結果を得た。さらに、拡張性と制御性向上を狙ってSi量子細線、混晶基板分離構造(SiGe-OI)などの応用量子構造の作製を試みた。V-溝加工したSi(001)基板上へのSIMOX-MBEにより、リソグラフィに依存しない埋め込みSi量子細線、リッジ細線の形成が可能になった。細線形成過程からドット形成カイネティクスでは(1)過剰酸素と内部酸化、(2)飛程と損傷ピークによる酸化層核形成、(3)非安定ファセット消失が重要であることが明らかになった。一方、SOI分野で初めてSiGe-OI形成に成功し、Siの選択酸化のために構造パラメータがにくらべてスケールダウンできることがわかり、SiO_2層の薄膜化とドット微細化が可能なことが判明した。さらにSiGe混晶ドット形成もSiドットと同様な過程を辿り基板配向するが、形状は高指数安定ファセット多面体となることがわかった。

基于量子点的单电子器件的实际实现需要结构控制和集成作为一个系统。在这项研究中，我们提出了氧化物（SiO_2）基质中高度取向的硅（Si）基量子点来取代传统的半导体外延点。我们的目标是通过扩展分子束外延-离子注入方法（SIMOX-MBE）并充分利用交替供电和同时供电模式来形成扩展的量子结构和器件功能。 SIMOX-MBE 放宽了表征量子点的限制，例如 (1) 取向、(2) 形状、(3) 尺寸、(4) 排列和 (5) 排列，从而产生均匀的基底取向、热稳定的面形状、 Si 可以确保仅由层厚度限定的尺寸分布和衬底方向的高可控性。结果发现，预图案化基板对于横向点排列是有效的，并且同时进给方法在提高密度方面优于交替方法。此外，我们获得的结果表明，通过使用（110）基板，可以提高点填充率和粘合点的可能性。此外，为了提高可扩展性和可控性，我们尝试制造应用量子结构，如硅量子线和混合晶体衬底隔离结构（SiGe-OI）。 V 形槽 Si(001) 衬底上的 SIMOX-MBE 能够独立于光刻形成埋入式 Si 量子线和脊细线。细线形成过程揭示了（1）过量的氧气和内部氧化，（2）由于范围和损伤峰而导致的氧化层成核，以及（3）不稳定面的损失在点形成动力学中很重要。另一方面，我们在SOI领域首次成功形成SiGe-OI，并发现由于Si的选择性氧化，结构参数可以按比例缩小，使得SiO_2层更薄、点化成为可能。更精细。此外，发现SiGe混合晶点的形成遵循与Si点相同的过程并且在衬底上取向，但形状变成高折射率稳定的多面体。