Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

本研究課題では、シングルイオン注入法によるナノスケール固体物性制御、ならびに固体表面改質と続く化学処理による現実的なナノ構造形成手段としての可能性を探ることを目的とし、具体的には以下のことに取り組んだ。
(1)シングルイオン注入法における照準精度の改善
イオンビームから1個のイオンを抽出するために行う"チョッピング"という操作故に留まっていた低い照準精度を格段に向上させるために、シングルイオン注入用集束イオンビーム(FIB)光学系の改造を行った。対物レンズの縮小率を従来の1/6から1/19に改善し、ビーム径は20mm以下、照準精度は改造前の170nmから60nmに大幅に抑制され、半導体ナノ領域へのドーピングが可能となった。
(2)不純物原子位置制御によるシリコン細線電界効果トランジスタ(FET)の閾値電圧制御
シングルイオン注入法を用いて不純物原子の位置が制御されたFETを作製し、閾値電圧を測定した。規則的に配置した場合、ランダム配置と比較してゆらぎが小さく、約2倍閾値電圧が小さいことが判明した。これは、不純物原子が作るクーロンポテンシャル間の相互作用によりチャネル領域の電位が低下し、より低いゲート電圧でチャネルが形成されたことを示唆している。
(3)シングルイオン注入法によるNiイオン注入部位へのカーボンナノチューブ/繊維選択成長
カーボンナノチューブの成長位置を制御するために、シングルイオン注入法を用いて任意の場所に触媒金属の導入を試みた。Niイオン注入に続いて、プラズマCVDによるカーボンナノチューブ/繊維(CNF)の成長を試みたところ、Ni注入部位に選択的にCNFが成長することを確認した。
(4)イオン照射減速エッチング現象を利用したゲート電極付シリコン電界放出素子配列の作製
当研究室で発見したイオン照射減速エッチング現象を利用したシリコン電界放出素子配列作製プロセスを考案した。自己整合的なプロセスによりマスク合わせなしで、電子銃とゲート電極を同時に作りこめることが特徴である。Niイオンを用いることによって頂点にNiを含有するピラミッドを形成することが可能であり、先端からCNFを成長させることによって電界放出素子の高性能化への見通しを得た。
(5)シリコンナノ構造配列基板上への機能性有機分子の単分子固定
従来の半導体電子デバイスと機能性有機分子の融合による新機能デバイスの開発に着手した。このためには、決められた個数の有機分子を任意の位置に固定する手法の確立が必要となる。ナノ構造配列の有する形状(ナノスケールサイズ、ピッチなど)および性質(親水/疎水、表面電位、共有結合など)を利用して、ナノ構造上に1個ずつ分子を固定する手法を考案した。これまでに、ナノエッチピットの1個1個にポリスチレン微粒子(粒径100nm)を1個ずつ埋め込むことに成功した。

【研究分担者】
豊島義明	株式会社東芝セミコンダクター社	マイクロエレクトロニクス研究所	主査
品田賢宏	早稲田大学	理工学部・日本学術振興会	特別研究員	(Kakenデータベース)