電子線と粒子線の組み合わせによるナノ構造作製と物性評価

结合使用电子束和粒子束的纳米结构制造和物理性能评估

基本信息

批准号：
17710120
负责人：
三石和貴
金额：
$ 2.3万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17710120/
关键词：
電子線誘起蒸着ナノ構造作製 EBID CVD

项目摘要

基板上に原料となる金属などの物質を含むガスを流し、そこに収束した粒子線や電子線を照射することでビームを当てた所にのみ局所的に所望の物質を蒸着する手法を収束イオンビーム化学気相成長(FIB-CVD)または、電子線誘起蒸着(EBID)という。これらの手法は既にいくつかのグループによって研究されており、リソグラフィーで用いられるマスクの局所的な補修や、電界放射銃のチップへの応用の試みなどがなされている。しかし、この手法によってナノ構造を作製するには、電子線によって分解し、かつ適度な蒸気圧を持つ原料ガスが必要であり、任意の物質によってナノ構造を作製することは困難である。本研においては、粒子線による研磨と組みあわせることで、電子線誘起蒸着では適切な原料ガスが存在しないために作製困難な物質によるナノ構造作製を目的とする。具体的には、基板に対して作製したい形状を電子線誘起蒸着によってナノマスクとして蒸着し、それを粒子線により研磨することで、あらゆる物質での名の構造の作成をこれまでにないサイズで実現する。平成19年度は、ヘテロ構造をもった基板に対して本手法を用いることで微小サイズの2重障壁共鳴トンネルダイオード構造(DB-RTD)を作製し、AFMによってその伝導特性を評価した。基板はGaAs(100)に対して、MBEでAlAs層を作製し、7nmのGaAs井戸と、13MLのAlAsバリアを作製した。得られた構造のサイズは、最小で約50nmであった。得られた構造に対して、AFMを用いてI-V特性を測定した結果、DB-RTDに特徴的な非線形な振る舞いが観察され、本手法を用いたナノ構造作製が、ナノデバイス作製にも有効であることが示された。

聚焦离子是一种使含有金属等材料的气体流过基板，并将聚焦粒子束或电子束照射到基板上，从而仅在被束照射的区域局部沉积所需材料的方法。称为束化学气相沉积（FIB-CVD）或电子束诱导沉积（EBID）。多个小组已经在研究这些技术，包括尝试将其应用于光刻中使用的掩模的局部修复以及场发射枪的芯片。然而，使用该方法生产纳米结构需要通过电子束分解并具有适当蒸气压的原料气体，使得难以使用任意材料生产纳米结构。在这个实验室中，我们的目标是通过电子束诱导蒸发与粒子束抛光相结合，使用由于缺乏合适的源气体而难以制造的材料来制造纳米结构。具体来说，通过使用电子束诱导蒸发在基板上沉积所需的形状作为纳米掩模，并用粒子束对其进行抛光，我们能够创建前所未有的尺寸的任何材料的结构。 2007年，我们利用该方法在异质结构衬底上制作了微型双势垒谐振隧道二极管（DB-RTD），并使用AFM评估了其传导特性。衬底为GaAs(100)，采用MBE法制备AlAs层，并制作7 nm GaAs阱和13 ML AlAs势垒层。获得的结构的最小尺寸约为50 nm。使用AFM测量所得结构的I-V特性，观察到DB-RTD的非线性行为特性，这表明使用该方法制造纳米结构对于纳米器件制造也是有效的。