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Si微結晶構造の製造方法

国内特許コード P03A001434
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願平10-186637
公開番号 特開2000-021773
登録番号 特許第2929005号
出願日 平成10年7月1日(1998.7.1)
公開日 平成12年1月21日(2000.1.21)
登録日 平成11年5月21日(1999.5.21)
発明者
  • 古屋 一夫
  • 竹口 雅樹
  • 吉原 一紘
出願人
  • 国立研究開発法人物質・材料研究機構
発明の名称 Si微結晶構造の製造方法
発明の概要 【課題】 単結晶のSi微結晶の構造を位置およびサイズ制御可能として形成する。
【解決手段】 400℃以上の温度において、SiO2 基板に電子線照射により電子線励起分解反応させてSi微結晶を形成する。
従来技術、競合技術の概要



従来、半導体超格子構造の作製方法としては、MBEやCVDを用いた蒸着法を応用して、一次元の層状構造を作製したり、リソグラフィーとエッチング技術を応用して、二次元あるいは三次元構造を作製するものが知られている。ただ、前者の方法では配置位置の制御が難しいため、近年は微粒子をランダムに蒸着した後、自己修復過程を利用して規則的な配置を作り出すことが考えられているが、いまだ技術としては確立されていない。一方後者の方法の場合、位置の制御は可能であるが、構造の最小単位は数10nmであり、さらに微細な構造の作製が望まれているのが実情である。

このような状況において、より微細な構造を作製するためのリソグラフィー・エッチング技術の応用については、集束した電子線を使用することが考えられている。たとえば、集束した電子線を結縁体(SiO2 )に照射すると、SiO2 の分解が起こり、Siが表面に析出することは電子線励起分解機構(Electron-stimulated desorption mechanism,ESD)として、知られている(M.L.Knotek andP.J.Feibelman, Surf. Sci., 90,78(1979))。また、近年では、電界放射型電子顕微鏡の集束した電子ビームを利用して、ESDにより2nmのSiの微粒子を室温で作製し、位置を制御して非晶質のSiO2 中に並べる研究が報告されてもいる(G.S.Chen, C.B.Boothroyd and C.J.Humphreys, Appl. Phys.Lett., 62,1949(1993))。しかしながら、ESDによるSi微結晶の形成についてはその詳細な検討は充分でなく、実際、後者の研究で作製できたSiは非晶質構造であるにすぎない。超格子での量子サイズ効果は結晶において顕著であり、非晶質ではバンド構造が粒子サイズに依存しないために量子サイズ効果は小さく、その機能は期待できないのである。

産業上の利用分野



この出願の発明は、Si微結晶構造の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、半導体量子ドット、非線形光学素子、量子波干渉材料等への応用において有用な、Si微結晶構造とその製造方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
400℃以上の温度において、SiO2 基板に電子線を照射して電子線励起分解反応により単結晶のSi微結晶をSiO2 基板に形成することを特徴とするSi微結晶構造の製造方法。

【請求項2】
Si微結晶の大きさを5nm以下とする請求項1の製造方法。

【請求項3】
Si微結晶をSiO2 基板に二次元に配列した状態として形成する請求項1または2の製造方法。

【請求項4】
Si微結晶の大きさが5nm以下であり、Si微結晶の相互の間隔が5~10nmである請求項3の製造方法。

【請求項5】
電子線の強度を2×108 Cm-2-1以上で、線量を1×109 Cm-2-1以上とする請求項1ないし4のいずれかの製造方法。

【請求項6】
結晶性SiO2 基板に電子線を照射して非晶質化し、次いで400℃以上の温度において、電子線照射による電子線励起分解反応させる請求項1ないし5のいずれかの製造方法。

【請求項7】
SiO2 基板上に形成されたSi微結晶構造であって、5nm以下の大きさの単結晶のSi微結晶が、5~10nmの間隔で二次元に配列されていることを特徴とするSi微結晶構造。

【請求項8】
Si微結晶の大きさが2nm以下である請求項7の構造。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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