単電子デバイスのための積層量子ナノディスク構造の精密作製と量子特性制御

单电子器件堆叠量子纳米盘结构的精确制造和量子特性控制

基本信息

批准号：
20560288
负责人：
久保田智広
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

積層ナノディスク構造の作製を行った。まず、シリコン基板上にSiO2層とpoly-Si層を交互に積層した。このとき、SiO2層の作製方法としては中性粒子ビーム酸化を用いた。次に基板表面にフェリティン分子を配置し、熱処理によりフェリティン分子のタンパク質部分のみを除去して内部の鉄コアを残した。NF3ガス雰囲気中で水素ラジカルを表面に照射し(NF3処理)、表面の酸化膜を除去した。また、塩素中性粒子ビームを照射することにより、poly-Si層のエッチング(中性粒子ビームエッチング、NBE)を行った。NF3処理とNBEを交互に行うことで積層構造のエッチングを行った。このとき、X線光電子分光(XPS)によりシリコン表面の酸化状態を調べることで、エッチングの進行を確認することができた。最初のNF3処理の時間を変えることで、酸化膜のエッチングの進行を制御し、その結果、ナノディスクの直径を制御することができた。導電性探針を用いた原子間力顕微鏡(AFM)x観察により、単一積層ナノディスクの電気特性の測定を試みた。一層ナノディスクの場合と同様、階段状の電流-電圧特性が得られ、ナノディスクが量子ドットとして機能していることが確認できた。また、その階段幅は理論から予想される値とほぼ等しいことが分かった。さらに、積層ナノディスクの直径を変えた場合、階段幅はほぼ変化しないことが分かった。これは、一層ナノディスクの場合と同じ結果であり、ナノディスク内部では電子が厚さ方向に閉じ込められた量子井戸的な振る舞いをしていることを示唆している。

产生了层压的纳米界结构。首先，将SIO 2层和Poly-SI层交替堆叠在硅基板上。目前，中性粒子束氧化被用作产生SIO 2层的方法。接下来，将铁蛋白分子放在底物表面，仅通过热处理去除铁蛋白分子的蛋白质部分，并留下内铁核。在NF3气体大气中，在表面（NF3加工）上辐照氢自由基，并去除表面上的氧化膜。另外，通过辐照氯中性粒子束，进行了多-SI层（中性颗粒束蚀刻，NBE）。通过交替执行NF3处理和NBE进行层压结构的蚀刻。目前，可以通过通过X射线光学电子除法（XPS）检查硅表面上的氧化态来确认蚀刻的进展。通过更改第一个NF3过程的时间，控制了氧化物膜的进展，结果，控制了纳米丝的直径。尝试通过使用导电针观察原子力显微镜（AFM）X来测量单层纳米风险的电特性。与纳米台面一样，已经确认获得了楼梯形电流特性，并且纳米轨道正充当量子点。还发现，阶梯宽度几乎等于该理论的期望值。此外，当更改层压纳米界的直径时，发现楼梯几乎没有变化。这与纳米台面相同，这表明电子在纳米界内部的厚度方向上执行。

项目成果

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A New Silicon Quantum-Well Structure with Controlled Diameter and Thickness Fabricated with Ferritin Iron Core Mask and Chlorine Neutral Beam Etching

铁蛋白铁芯掩模和氯中性束刻蚀制备的直径和厚度可控的新型硅量子阱结构

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
Applied Physics Express 1
影响因子：
0
作者：
K. Shiraishi;M. Kagaya;K. Muro;H. Yoda;Y. Kogami;and C. S. Tsai;清水隆志,古神義則,平地康剛;清水隆志,中村雅人,川原祐紀,赤坂清三,古神義則;寒川誠二
通讯作者：
寒川誠二

Fabrication of Diameter- And Thickness-Controlled Nanodisk by using Defect-Free Neutral Beam And Its Quantum Effect

无缺陷中性束制备直径和厚度控制的纳米盘及其量子效应

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Shiraishi;M. Kagaya;K. Muro;H. Yoda;Y. Kogami;and C. S. Tsai;清水隆志,古神義則,平地康剛;清水隆志,中村雅人,川原祐紀,赤坂清三,古神義則;寒川誠二;渡邉渉,中村雅人,清水隆志,菊池幸市,古神義則;久保田智広
通讯作者：
久保田智広