単一サブ10nm微細構造のためのマルチ同時解析装置の開発

单一亚10nm微结构多同时分析设备的开发

基本信息

批准号：
18760049
负责人：
久保田智広
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度に作製した円盤状シリコン微細構造につき、直径および厚さを変化させたものを作製し、電気特性に現れる階段構造の幅がどのように変化するかを検討した。<シリコン基板-下地酸化膜-多結晶シリコン薄膜-自然酸化膜>構造の基板を用意し、フェリティンと呼ばれる蛋白質を配置し、その中に含まれる鉄コアを熱処理により取り出し、表面に形成されるシリコン自然酸化膜を除去後、鉄コアをマスクとして多結晶シリコン薄膜を塩素中性粒子ビームでエッチング加工することで、下地酸化膜上にサブ10nmシリコンナノディスク構造を作製した。このとき、多結晶シリコン薄膜の厚さを2.5nm〜5nmで変化させることにより、ナノディスクの厚さを変化させた。一方、自然酸化膜除去条件を制御することにより、ナノディスクの直径を8〜12nm程度の範囲で制御することに成功した。これらのナノディスク構造について、室温において、導電性探針を用いた原子間力顕微鏡を用いてクーロン階段の観測を行った。導電性ダイヤモンド探針を用い、画像をスキャンしたのちに探針をナノディスク位置に置き電流-電圧特性を測定したところ、すべてのナノディスクについて、階段状の特性が得られた。その階段の幅は、ナノディスクの直径にはほとんど依存せず、厚さに強く依存することが分かった。これは、ナノディスクが量子井戸的な振る舞いを見せていることを意味する。すなわち、ナノディスクは厚さ方向に非常に小さく、電子の波動関数の広がりよりも薄いため、厚さ方向に電子閉じ込めが起こり、電子準位が厚さの影響を受けたと考えられる。

去年制造的磁盘形硅细结构是用不同的直径和厚度制造的，并检查了楼梯结构的宽度如何在电特性中反映出来的变化。具有<硅底物 - 地下氧化物膜的结构的底物 - 多晶硅薄膜 - 天然氧化物膜>制备，放置了一种称为铁蛋白的蛋白质，通过热处理去除去其中包含的铁芯，并使用在表面上脱离表面的天然硅氧化物薄膜，并消除了硅质薄膜。掩盖在基础氧化物膜上创建一个低于10 nm的硅纳米虫结构。目前，多晶硅薄膜的厚度从2.5 nm更改为5 nm，从而改变了纳米丝的厚度。另一方面，通过控制去除天然氧化物膜的条件，纳米风克的直径在约8至12 nm的范围内成功控制。通过使用导电探针使用原子力显微镜在室温下观察到这些纳米盘结构。使用导电钻石探针，扫描图像，并将探针放置在纳米轴位置，并测量电流 - 电压特性。所有纳米盘都获得了类似阶梯的特征。发现楼梯的宽度几乎不取决于纳米盘的直径，而是很大程度上取决于厚度。这意味着纳米界表现出量子井行为。也就是说，由于纳米虫在厚度方向上非常小，并且比电子波函数的扩散更薄，因此电子限制在厚度方向上发生，并且电子水平被认为受厚度的影响。

项目成果

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Charging and Coulomb staircase effects in silicon nanodisk structures fabricated by defect-free Cl neutral beam etching process

DOI：
10.1063/1.2404608
发表时间：
2006-12
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
T. Kubota;T. Hashimoto;Y. Ishikawa;S. Samukawa;A. Miura;Y. Uraoka;T. Fuyuki;M. Takeguchi;K. Nishioka;I. Yamashita
通讯作者：
T. Kubota;T. Hashimoto;Y. Ishikawa;S. Samukawa;A. Miura;Y. Uraoka;T. Fuyuki;M. Takeguchi;K. Nishioka;I. Yamashita

Coulomb-staircase observed in silicon-nanodisk structures fabricated by low-energy chlorine neutral beams

低能氯中性束制造的硅纳米盘结构中观察到的库仑阶梯