精密電子制御したシリコン系ナノ結晶の立体集積構造作成と光電子融合デバイス応用

精密电子控制下硅基纳米晶三维集成结构的构建及其在光电集成器件中的应用

基本信息

批准号：
06J08251
负责人：
牧原克典
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は,ナノドット形成メカニズム解明およびシリサイドナノドットとSi量子ドット積層構造フローティングゲートに着目し、下記3点に力点をおいて研究を推進した。1.リモートプラズマ支援による金属ナノドット形成メカニズムSi-OH終端した膜厚3.5nmのSiO_2膜上に、Arスパッタにより極薄Pt膜を形成し、外部加熱無で、Ar、H_2、ガスおよびそれらの混合ガスのリモートプラズマ(RP)処理を5分間施した。また、Pt箔で覆った熱電対をSi基板上に固定し、同条件でRP処理した際の表面温度を計測した。純Ar RP処理では、表面温度は約50℃であるのに対して、H_2を混合するとH_2濃度の増加に伴い、表面温度が顕著に増加し、純H_2 RP処理で、約500℃に達する。RP支援によるPtナノドットの形成は、Pt表面における原子状水素の再結合に起因した局所加熱によるPt原子の凝集であることが分かった。2.高密度Si量子ドット/SiO2の核密度制御p-Si(100)基板上に1000℃、2%O_2で膜厚〜3.6nmのSiO_2を形成後、0.1%HF処理によりSiO_2表面をOH終端し、その後、室温でHe希釈10%GeH_4に暴露した。圧力、暴露時間はそれぞれ0.2〜100Torr、1.0〜10minで変化させた。その後、同一チャンバー内でSi_2H_6-LPCVD(400℃)によりSi量子ドットを自己組織化形成した結果、GeH_4照射することにより、ドット密度が未照射のSiO_2上に比べ約40倍に増加した。Si_2H_6-LPCVD直前にOH終端した熱SiO_2表面に室温、100Torrで10min GeH_4を吸着させることで、面密度1.2×10^<13>cm^<-2>で均一サイズ(半値幅**nm)のSi量子ドットを形成できた。3.NiSiドット/Si量子ドットハイブリドフローティングゲートMOSキャパシタにおける電荷注入特性多段階電子注入および安定電荷保持の両立が期待できるNiSiドット/Si量子ドット積層ハイブリッドフローティングゲートMOSキャパシタにおいて、多数電子および正孔注入が反映して、最大印加ゲート電圧の増加に対して線形に増大することが分かった。また、パルスゲート電圧印加においては、電子注入レートが段階的に変化することからNiSiナノドットへの電子注入がSi量子ドットの離散化したエネルギー状態を反映することが明らかとなった。

今年，我们重点阐明了硅化物纳米点和硅量子点堆叠结构的纳米点形成机制和浮栅，重点研究了以下三点。 1.利用远程等离子体支持的金属纳米点形成机制在厚度为3.5 nm的Si-OH封端的SiO_2薄膜上通过Ar溅射形成超薄Pt薄膜，无需形成Ar、H_2、气体及其混合物。进行外部加热5分钟。另外，将覆盖有Pt箔的热电偶固定在Si基板上，在相同条件下进行RP处理时测定表面温度。在纯Ar RP处理中，表面温度约为50 ℃，而当混合H_2时，表面温度随着H_2浓度的增加而显着升高，在纯H_2 RP处理中达到约500 ℃。研究发现，RP辅助形成的Pt纳米点是由于Pt表面原子氢复合引起的局部加热而导致Pt原子聚集。 2.高密度Si量子点/SiO2的核密度控制在1000℃和2%O_2的p-Si(100)衬底上形成约3.6 nm厚度的SiO_2后，SiO_2表面被0.1% OH封端HF处理，然后在室温下暴露于10％GeH_4稀释的He中。压力和暴露时间分别在0.2至100托和1.0至10分钟之间变化。随后，在同一腔室中采用Si_2H_6-LPCVD（400℃）自组装Si量子点，经GeH_4辐照后，点密度比未辐照的SiO_2增加了约40倍。 Si_2H_6-通过在室温100Torr下将GeH_4吸附在OH封端的热SiO_2表面10min，得到尺寸均匀（半宽**nm）、面密度为1.2×10^<13>cm^<-2 > 可以得到。 3.NiSi点/Si量子点混合浮栅MOS电容器的电荷注入特性NiSi点/Si量子点混合浮栅MOS电容器有望实现多步电子注入和空穴注入，有望实现多步电子注入发现稳定的电荷保留随着最大施加栅极电压的增加而线性增加。此外，当施加脉冲栅极电压时，电子注入速率逐步变化，这表明电子注入NiSi纳米点反映了Si量子点的离散能态。