JP2003243647A - 量子ドットデバイスの製造方法及び製造装置 - Google Patents
量子ドットデバイスの製造方法及び製造装置Info
- Publication number
- JP2003243647A JP2003243647A JP2002044577A JP2002044577A JP2003243647A JP 2003243647 A JP2003243647 A JP 2003243647A JP 2002044577 A JP2002044577 A JP 2002044577A JP 2002044577 A JP2002044577 A JP 2002044577A JP 2003243647 A JP2003243647 A JP 2003243647A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- substrate
- forming
- microcrystal
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 量子ドットを適切な密度、及び間隔で形成す
る技術を提供する。 【解決手段】 基板（１）の上に、第１電極（２）と第
２電極（３）とを形成する工程と、第１電極（２）と第
２電極（３）との間に電圧を印加しながら、基板（１）
の上に、半導体材料で形成された微結晶を形成する工程
とを備えている。微結晶の形成は、第１電極（２）と第
２電極（３）との間に流れる電流に基づいて停止され
る。
る技術を提供する。 【解決手段】 基板（１）の上に、第１電極（２）と第
２電極（３）とを形成する工程と、第１電極（２）と第
２電極（３）との間に電圧を印加しながら、基板（１）
の上に、半導体材料で形成された微結晶を形成する工程
とを備えている。微結晶の形成は、第１電極（２）と第
２電極（３）との間に流れる電流に基づいて停止され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、量子ドットを含む
量子ドットデバイスを製造する製造方法に関する。
量子ドットデバイスを製造する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、単電子トランジスタのように、量
子ドットを含む新規デバイスの開発が進められている。
量子ドットは、３次元的に連続した膜とは異なる特異な
電導性、例えばクーロンブロケード現象を示す。クーロ
ンブロケード現象とは、ある状況下において、量子ドッ
トへの電子のトンネリングが禁止されることをいう。量
子力学により示されているように、エネルギー障壁に囲
まれた量子ドットには、トンネル現象により、電子が移
動し得る。一の電子が量子ドットに移動すると、その量
子ドットの静電ポテンシャルは大きくなる。量子ドット
の静電容量は極めて小さいため、一の電子の移動による
量子ドットの静電ポテンシャルの変化は大きい。この静
電ポテンシャルの変化が、周辺の熱エネルギーに比べて
大きい場合には、他の電子が量子ドットに移動すること
が禁止される。このようにして量子ドットへの電子の移
動が禁止されることをクーロンブロケードという。クー
ロンブロケード現象のような量子ドットが示す特異な電
導性を利用した、新規なデバイスの開発が検討されてい
る。
子ドットを含む新規デバイスの開発が進められている。
量子ドットは、３次元的に連続した膜とは異なる特異な
電導性、例えばクーロンブロケード現象を示す。クーロ
ンブロケード現象とは、ある状況下において、量子ドッ
トへの電子のトンネリングが禁止されることをいう。量
子力学により示されているように、エネルギー障壁に囲
まれた量子ドットには、トンネル現象により、電子が移
動し得る。一の電子が量子ドットに移動すると、その量
子ドットの静電ポテンシャルは大きくなる。量子ドット
の静電容量は極めて小さいため、一の電子の移動による
量子ドットの静電ポテンシャルの変化は大きい。この静
電ポテンシャルの変化が、周辺の熱エネルギーに比べて
大きい場合には、他の電子が量子ドットに移動すること
が禁止される。このようにして量子ドットへの電子の移
動が禁止されることをクーロンブロケードという。クー
ロンブロケード現象のような量子ドットが示す特異な電
導性を利用した、新規なデバイスの開発が検討されてい
る。
【０００３】量子ドットを含むデバイスを形成する場
合、量子ドットは、適切な密度、及び間隔で形成する必
要がある。量子ドットの間隔、及び密度が不適切である
ことは、量子ドットがその特異な電導性を発現する妨げ
となる。
合、量子ドットは、適切な密度、及び間隔で形成する必
要がある。量子ドットの間隔、及び密度が不適切である
ことは、量子ドットがその特異な電導性を発現する妨げ
となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、量子
ドットを適切な密度、及び間隔で形成する技術を提供す
ることにある。
ドットを適切な密度、及び間隔で形成する技術を提供す
ることにある。
【０００５】本発明の他の目的は、量子ドットが示す特
異な電導性を利用した様々なデバイスの形成の際、量子
ドットを適切な密度、及び間隔で形成することを可能に
する技術を提供することにある。
異な電導性を利用した様々なデバイスの形成の際、量子
ドットを適切な密度、及び間隔で形成することを可能に
する技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段が説明される。これらの番号・符号は、
[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載と
の対応関係を明らかにするために付加されている。但
し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段が説明される。これらの番号・符号は、
[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載と
の対応関係を明らかにするために付加されている。但
し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。
【０００７】本発明による量子ドットデバイスの製造方
法は、基板（１）の上に、第１電極（２）と第２電極
（３）とを形成する工程と、第１電極（２）と第２電極
（３）との間に電圧を印加しながら、基板（１）の上
に、半導体材料で形成された微結晶（４）を形成する工
程とを備えている。微結晶（４）の形成は、第１電極
（２）と第２電極（３）との間に流れる電流に基づいて
停止される。微結晶（４）の形成が、第１電極（２）と
第２電極（３）との間に流れる電流に基づいて停止され
ることにより、量子ドットとなる微結晶（４）の形成が
厳密に制御され、量子ドットを適切な密度、及び間隔で
形成することが可能になる。
法は、基板（１）の上に、第１電極（２）と第２電極
（３）とを形成する工程と、第１電極（２）と第２電極
（３）との間に電圧を印加しながら、基板（１）の上
に、半導体材料で形成された微結晶（４）を形成する工
程とを備えている。微結晶（４）の形成は、第１電極
（２）と第２電極（３）との間に流れる電流に基づいて
停止される。微結晶（４）の形成が、第１電極（２）と
第２電極（３）との間に流れる電流に基づいて停止され
ることにより、量子ドットとなる微結晶（４）の形成が
厳密に制御され、量子ドットを適切な密度、及び間隔で
形成することが可能になる。
【０００８】微結晶（４）は、クラスタービーム蒸着法
により形成されることが好ましい。クラスタービーム蒸
着法の使用により、半導体材料が島状に成長し、量子ド
ットとなる微結晶（４）が互いに物理的に接触しにくく
なる。
により形成されることが好ましい。クラスタービーム蒸
着法の使用により、半導体材料が島状に成長し、量子ド
ットとなる微結晶（４）が互いに物理的に接触しにくく
なる。
【０００９】微結晶（４）の形成は、第１電極（２）と
第２電極（３）との間に流れる電流が所定の基準電流に
到達すると停止されることが好ましい。
第２電極（３）との間に流れる電流が所定の基準電流に
到達すると停止されることが好ましい。
【００１０】本発明による量子ドットデバイスの製造装
置は、基板（１）を保持する基板ホルダ（１７）と、基
板（１）の上に形成された第１電極（２）と第２電極
（３）との間に電圧を印加する電源（２０）と、基板
（１）の上に、半導体材料で形成された微結晶を成長す
る微結晶形成装置（１２）と、第１電極（２）と第２電
極（３）との間に微結晶（４）を介して流れる電流を計
測する電流計（２１）とを備えている。微結晶（４）の
成長は、第１電極（２）と第２電極（３）との間に流れ
る電流に基づいて停止される。当該製造装置は、量子ド
ットとなる微結晶（４）の形成が厳密な制御が可能であ
り、量子ドットを適切な密度、及び間隔で形成すること
が可能である。
置は、基板（１）を保持する基板ホルダ（１７）と、基
板（１）の上に形成された第１電極（２）と第２電極
（３）との間に電圧を印加する電源（２０）と、基板
（１）の上に、半導体材料で形成された微結晶を成長す
る微結晶形成装置（１２）と、第１電極（２）と第２電
極（３）との間に微結晶（４）を介して流れる電流を計
測する電流計（２１）とを備えている。微結晶（４）の
成長は、第１電極（２）と第２電極（３）との間に流れ
る電流に基づいて停止される。当該製造装置は、量子ド
ットとなる微結晶（４）の形成が厳密な制御が可能であ
り、量子ドットを適切な密度、及び間隔で形成すること
が可能である。
【００１１】微結晶形成装置（１２）は、半導体材料の
クラスタービーム（１３）を基板（１）に照射して微結
晶（４）を成長することが好ましい。クラスタービーム
（１３）が基板（１）に照射されると、半導体材料が島
状に成長する。これにより、量子ドットとなる微結晶
（４）が互いに物理的に接触しにくくなる。
クラスタービーム（１３）を基板（１）に照射して微結
晶（４）を成長することが好ましい。クラスタービーム
（１３）が基板（１）に照射されると、半導体材料が島
状に成長する。これにより、量子ドットとなる微結晶
（４）が互いに物理的に接触しにくくなる。
【００１２】本発明によるスイッチングデバイスの製造
方法は、基板（１）の上に、第１電極（２）と第２電極
（３）とを形成する工程と、第１電極（２）と第２電極
（３）との間に電圧を印加しながら、基板（１）の上
に、半導体材料の微結晶（４）を形成する工程と、第１
電極（２）と第２電極（３）と微結晶（４）とを被覆す
る絶縁膜（５）を形成する工程と、絶縁膜（５）の上
に、ゲート電極（６）を形成する工程とを備えている。
微結晶（４）の形成は、第１電極（２）と第２電極
（３）との間に流れる電流に基づいて停止される。第１
電極（２）と第２電極（３）との間の電流−電圧特性
は、ゲート電極（６）の電位に依存し、当該スイッチン
グデバイスは、この依存性を利用してスイッチング動作
が可能である。
方法は、基板（１）の上に、第１電極（２）と第２電極
（３）とを形成する工程と、第１電極（２）と第２電極
（３）との間に電圧を印加しながら、基板（１）の上
に、半導体材料の微結晶（４）を形成する工程と、第１
電極（２）と第２電極（３）と微結晶（４）とを被覆す
る絶縁膜（５）を形成する工程と、絶縁膜（５）の上
に、ゲート電極（６）を形成する工程とを備えている。
微結晶（４）の形成は、第１電極（２）と第２電極
（３）との間に流れる電流に基づいて停止される。第１
電極（２）と第２電極（３）との間の電流−電圧特性
は、ゲート電極（６）の電位に依存し、当該スイッチン
グデバイスは、この依存性を利用してスイッチング動作
が可能である。
【００１３】本発明によるメモリデバイスの製造方法
は、基板（１）の上に、第１電極（２）と第２電極
（３）とを形成する工程と、第１電極（２）と第２電極
（３）との間に電圧を印加しながら、基板（１）の上
に、半導体材料の微結晶（４）を形成する工程とを備え
ている。微結晶（４）の形成は、第１電極（２）と第２
電極（３）との間に流れる電流に基づいて停止される。
第１電極（２）と第２電極（３）との間の電流−電圧特
性は、ヒステリシスを示し、当該メモリデバイスは、こ
のヒステリシスを利用してメモリ動作が可能である。
は、基板（１）の上に、第１電極（２）と第２電極
（３）とを形成する工程と、第１電極（２）と第２電極
（３）との間に電圧を印加しながら、基板（１）の上
に、半導体材料の微結晶（４）を形成する工程とを備え
ている。微結晶（４）の形成は、第１電極（２）と第２
電極（３）との間に流れる電流に基づいて停止される。
第１電極（２）と第２電極（３）との間の電流−電圧特
性は、ヒステリシスを示し、当該メモリデバイスは、こ
のヒステリシスを利用してメモリ動作が可能である。
【００１４】本発明による光検出器の製造方法は、基板
（１）の上に、光電流を測定するための第１電極（２）
と第２電極（３）とを形成する工程と、第１電極（２）
と第２電極（３）との間に電圧を印加しながら、基板
（１）の上に、半導体材料の微結晶（４）を形成する工
程とを備えている。微結晶（４）の形成は、第１電極
（２）と第２電極（３）との間に流れる電流に基づいて
停止される。第１電極（２）と第２電極（３）との電流
−電圧特性は、光の照射によって変化する。この変化を
利用して当該光検出器は、光の検出が可能である
（１）の上に、光電流を測定するための第１電極（２）
と第２電極（３）とを形成する工程と、第１電極（２）
と第２電極（３）との間に電圧を印加しながら、基板
（１）の上に、半導体材料の微結晶（４）を形成する工
程とを備えている。微結晶（４）の形成は、第１電極
（２）と第２電極（３）との間に流れる電流に基づいて
停止される。第１電極（２）と第２電極（３）との電流
−電圧特性は、光の照射によって変化する。この変化を
利用して当該光検出器は、光の検出が可能である
【００１５】本発明による発光デバイスの製造方法は、
基板（１）の上に、ｐ型半導体である第１電極（２’）
を形成する工程と、基板（１）の上に、ｎ型半導体であ
る第２電極（３’）を形成する工程と、第１電極
（２’）と第２電極（３’）との間に電圧を印加しなが
ら、基板（１）の上に、半導体材料の微結晶（４）を形
成する工程とを備えている。微結晶（４）の形成は、第
１電極（２）と第２電極（３）との間に流れる電流に基
づいて停止される。当該発光デバイスでは、第１電極
（２）から微結晶（４）に正孔が注入され、第２電極
（３）から微結晶（４）に電子が注入され、注入された
正孔と電子との再結合により発光が実現される。
基板（１）の上に、ｐ型半導体である第１電極（２’）
を形成する工程と、基板（１）の上に、ｎ型半導体であ
る第２電極（３’）を形成する工程と、第１電極
（２’）と第２電極（３’）との間に電圧を印加しなが
ら、基板（１）の上に、半導体材料の微結晶（４）を形
成する工程とを備えている。微結晶（４）の形成は、第
１電極（２）と第２電極（３）との間に流れる電流に基
づいて停止される。当該発光デバイスでは、第１電極
（２）から微結晶（４）に正孔が注入され、第２電極
（３）から微結晶（４）に電子が注入され、注入された
正孔と電子との再結合により発光が実現される。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明による量子ドットデバイスの製造方法の実施の一
形態を説明する。
本発明による量子ドットデバイスの製造方法の実施の一
形態を説明する。
【００１７】本発明による量子ドットデバイスの製造方
法の実施の一形態では、図１（ａ）に示されているよう
に、表面に絶縁層１ａが形成された基板１の上に電極
２、３が形成される。より詳細には、まず、基板１の表
面に絶縁層１ａが形成される。基板１がシリコン基板で
ある場合には、絶縁層１ａは、酸化シリコンで形成され
る。更に、絶縁層１ａの上にフォトレジストが塗付さ
れ、そのフォトレジストに電子ビーム描画によって、電
極２、３を形成するための電極パターンが描かれる。電
極パターンが描かれたフォトレジストは現像され、フォ
トレジストのうち、電極２、３を形成する位置に対応す
る部分以外の部分が除去される。更に、基板１の表面側
の全体に、金薄膜が蒸着により形成される。更に、リフ
トオフ法により、金薄膜のうちのフォトレジストの上に
形成された部分が除去され、基板１の上に金で形成され
た電極２、３が残される。
法の実施の一形態では、図１（ａ）に示されているよう
に、表面に絶縁層１ａが形成された基板１の上に電極
２、３が形成される。より詳細には、まず、基板１の表
面に絶縁層１ａが形成される。基板１がシリコン基板で
ある場合には、絶縁層１ａは、酸化シリコンで形成され
る。更に、絶縁層１ａの上にフォトレジストが塗付さ
れ、そのフォトレジストに電子ビーム描画によって、電
極２、３を形成するための電極パターンが描かれる。電
極パターンが描かれたフォトレジストは現像され、フォ
トレジストのうち、電極２、３を形成する位置に対応す
る部分以外の部分が除去される。更に、基板１の表面側
の全体に、金薄膜が蒸着により形成される。更に、リフ
トオフ法により、金薄膜のうちのフォトレジストの上に
形成された部分が除去され、基板１の上に金で形成され
た電極２、３が残される。
【００１８】図１（ｂ）に示されているように、電極２
の端２ａは、電極３に近づくほど幅が狭められており、
電極３の端３ａは、電極２に近づくほど幅が狭められて
いる。
の端２ａは、電極３に近づくほど幅が狭められており、
電極３の端３ａは、電極２に近づくほど幅が狭められて
いる。
【００１９】続いて、図２（ａ）、（ｂ）に示されてい
るように、電極２、３が形成された基板１の上に、ゲル
マニウムで形成されたＧｅナノクリスタル４が、クラス
タービーム法によって形成される。形成されたＧｅナノ
クリスタル４は、４〜５ｎｍ程度の粒径を有している。
Ｇｅナノクリスタル４の表面部には、ゲルマニウムの自
然酸化膜（図示されない）が形成され、Ｇｅナノクリス
タル４は、それぞれ、量子ドットになる。
るように、電極２、３が形成された基板１の上に、ゲル
マニウムで形成されたＧｅナノクリスタル４が、クラス
タービーム法によって形成される。形成されたＧｅナノ
クリスタル４は、４〜５ｎｍ程度の粒径を有している。
Ｇｅナノクリスタル４の表面部には、ゲルマニウムの自
然酸化膜（図示されない）が形成され、Ｇｅナノクリス
タル４は、それぞれ、量子ドットになる。
【００２０】図３は、Ｇｅナノクリスタル４を形成する
クラスタービーム成膜装置１０を示す。クラスタービー
ム成膜装置１０は、基板１を収容する基板ホルダー室１
１と、クラスタービーム１３を発生するビーム発生室１
２とを含む。基板ホルダー室１１とビーム発生室１２と
は、ゲートバルブ１４により接続されている。基板ホル
ダー室１１は、バルブ１５を介して排気系（図示されな
い）に接続され、ビーム発生室１２は、バルブ１６を介
して排気系（図示されない）に接続され、基板ホルダー
室１１とビーム発生室１２とは、いずれも１０−４Ｐａ
のオーダまで減圧される。基板１を基板ホルダー室１１
に出し入れするときにはゲートバルブ１４が閉じられ、
ビーム発生室１２の真空度を大気圧に落とすことなく、
基板１の出し入れが可能である。
クラスタービーム成膜装置１０を示す。クラスタービー
ム成膜装置１０は、基板１を収容する基板ホルダー室１
１と、クラスタービーム１３を発生するビーム発生室１
２とを含む。基板ホルダー室１１とビーム発生室１２と
は、ゲートバルブ１４により接続されている。基板ホル
ダー室１１は、バルブ１５を介して排気系（図示されな
い）に接続され、ビーム発生室１２は、バルブ１６を介
して排気系（図示されない）に接続され、基板ホルダー
室１１とビーム発生室１２とは、いずれも１０−４Ｐａ
のオーダまで減圧される。基板１を基板ホルダー室１１
に出し入れするときにはゲートバルブ１４が閉じられ、
ビーム発生室１２の真空度を大気圧に落とすことなく、
基板１の出し入れが可能である。
【００２１】基板ホルダー室１１には、基板１を保持す
る基板ホルダー１７が設けられる。基板ホルダー１７に
は液体窒素（ＬＮ２）が供給され、Ｇｅナノクリスタル
４の形成の間、基板１は、液体窒素温度に維持される。
基板ホルダー室１１には、基板１に形成された電極２、
３の間に電圧を印加するためのリード線１８、１９が挿
入されている。リード線１８、１９は、直列に接続され
た直流電源２０と電流計２１とに接続されている。直流
電源２０は、リード線１８、１９を介して電極２、３の
間に直流電圧を印加し、電流計２１は、電極２、３の間
に流れる電流を測定する。
る基板ホルダー１７が設けられる。基板ホルダー１７に
は液体窒素（ＬＮ２）が供給され、Ｇｅナノクリスタル
４の形成の間、基板１は、液体窒素温度に維持される。
基板ホルダー室１１には、基板１に形成された電極２、
３の間に電圧を印加するためのリード線１８、１９が挿
入されている。リード線１８、１９は、直列に接続され
た直流電源２０と電流計２１とに接続されている。直流
電源２０は、リード線１８、１９を介して電極２、３の
間に直流電圧を印加し、電流計２１は、電極２、３の間
に流れる電流を測定する。
【００２２】ビーム発生室１２には、直径１ｍｍの穴
（ノズル）が開けられているカーボンるつぼ２２と、交
流電源２４に接続されたタングステンフィラメント２３
とが収納されている。カーボンるつぼ２２の中には、Ｇ
ｅナノクリスタル４を形成する原料であるゲルマニウム
塊が入れられる。そのゲルマニウム塊には、その抵抗率
が４０−５０Ω・ｃｍになるように、不純物が添加され
ている。カーボンるつぼ２２は直流電源２５に接続さ
れ、カーボンるつぼ２２には直流電源２５により正のバ
イアス電圧が印加される。
（ノズル）が開けられているカーボンるつぼ２２と、交
流電源２４に接続されたタングステンフィラメント２３
とが収納されている。カーボンるつぼ２２の中には、Ｇ
ｅナノクリスタル４を形成する原料であるゲルマニウム
塊が入れられる。そのゲルマニウム塊には、その抵抗率
が４０−５０Ω・ｃｍになるように、不純物が添加され
ている。カーボンるつぼ２２は直流電源２５に接続さ
れ、カーボンるつぼ２２には直流電源２５により正のバ
イアス電圧が印加される。
【００２３】クラスタービーム成膜装置１０によるＧｅ
ナノクリスタル４の形成は、以下のようにして行われ
る。交流電源２４によってタングステンフィラメント２
３に電流が流され、更に、直流電源２５によってカーボ
ンるつぼ２２に正のバイアス電圧が印加される。タング
ステンフィラメント２３に電流が流されると、タングス
テンフィラメント２３から電子が放出される。放出され
た電子は、カーボンるつぼ２２に印加されたバイアス電
圧によってカーボンるつぼ２２に衝突する。電子の衝突
によりカーボンるつぼ２２は加熱され、カーボンるつぼ
２２の中にあるゲルマニウム塊は気化され、数百〜数千
のゲルマニウム原子が結合されたクラスターが形成され
る。カーボンるつぼ２２の内部の圧力はゲルマニウム塊
の気化により上昇し、形成されたクラスターは、カーボ
ンるつぼ２２に設けられたノズルから、クラスタービー
ム１３となって噴出される。噴出したクラスタービーム
１３が基板１に照射されると、ゲルマニウムが基板１の
上に島状に成長し、Ｇｅナノクリスタル４が基板１に形
成される。
ナノクリスタル４の形成は、以下のようにして行われ
る。交流電源２４によってタングステンフィラメント２
３に電流が流され、更に、直流電源２５によってカーボ
ンるつぼ２２に正のバイアス電圧が印加される。タング
ステンフィラメント２３に電流が流されると、タングス
テンフィラメント２３から電子が放出される。放出され
た電子は、カーボンるつぼ２２に印加されたバイアス電
圧によってカーボンるつぼ２２に衝突する。電子の衝突
によりカーボンるつぼ２２は加熱され、カーボンるつぼ
２２の中にあるゲルマニウム塊は気化され、数百〜数千
のゲルマニウム原子が結合されたクラスターが形成され
る。カーボンるつぼ２２の内部の圧力はゲルマニウム塊
の気化により上昇し、形成されたクラスターは、カーボ
ンるつぼ２２に設けられたノズルから、クラスタービー
ム１３となって噴出される。噴出したクラスタービーム
１３が基板１に照射されると、ゲルマニウムが基板１の
上に島状に成長し、Ｇｅナノクリスタル４が基板１に形
成される。
【００２４】Ｇｅナノクリスタル４が基板１の上に成長
される間、電極２と電極３との間には、直流電源２０に
より電圧が印加され、更に、電極２と電極３との間に流
れる電流が電流計２１によりモニターされる。印加され
る電圧は、典型的には、１．３Ｖである。基板１の上に
Ｇｅナノクリスタル４が島状に成長すると、電極２と電
極３との間には、成長したＧｅナノクリスタル４を介し
て電流が流れる。流れる電流は、Ｇｅナノクリスタル４
が、基板１の上に成長するにつれて増加する。
される間、電極２と電極３との間には、直流電源２０に
より電圧が印加され、更に、電極２と電極３との間に流
れる電流が電流計２１によりモニターされる。印加され
る電圧は、典型的には、１．３Ｖである。基板１の上に
Ｇｅナノクリスタル４が島状に成長すると、電極２と電
極３との間には、成長したＧｅナノクリスタル４を介し
て電流が流れる。流れる電流は、Ｇｅナノクリスタル４
が、基板１の上に成長するにつれて増加する。
【００２５】電極２と電極３との間に流れる電流が、所
定の基準電流に到達すると、クラスタービーム１３の基
板１への照射は停止され、Ｇｅナノクリスタル４の成長
が停止される。基準電流は、典型的には、１０−７Ａの
オーダである。電極２と電極３との間に流れる電流がモ
ニタされ、その電流が基準電流に到達したときに、Ｇｅ
ナノクリスタル４の成長が停止されることにより、Ｇｅ
ナノクリスタル４の形成が厳密に制御され、量子ドット
を適切な密度、及び間隔で形成することが可能である。
定の基準電流に到達すると、クラスタービーム１３の基
板１への照射は停止され、Ｇｅナノクリスタル４の成長
が停止される。基準電流は、典型的には、１０−７Ａの
オーダである。電極２と電極３との間に流れる電流がモ
ニタされ、その電流が基準電流に到達したときに、Ｇｅ
ナノクリスタル４の成長が停止されることにより、Ｇｅ
ナノクリスタル４の形成が厳密に制御され、量子ドット
を適切な密度、及び間隔で形成することが可能である。
【００２６】このような製造方法により形成された量子
ドットデバイスは、クーロンブロケード現象によるクー
ロンステアケースが発現された電流−電圧特性を示す。
当該量子ドットデバイスに印加される印加電圧が０Ｖか
ら増加されると、電極２、３の間のコンダクタンスがス
テップ状に変化し、電極２、３の間に流れる電流が不連
続的に増加する。電流の不連続的な増加が発生する電圧
間では、電極２、３の間のコンダクタンスは一定であ
る。その後、印加電圧が０Ｖに戻される間にも同様に、
電極２、３の間に流れる電流が不連続的に減少する。こ
のような電流−電圧特性は、当該量子ドットデバイス
に、クーロンブロケード現象によるクーロンステアケー
スが発生していることを示している。
ドットデバイスは、クーロンブロケード現象によるクー
ロンステアケースが発現された電流−電圧特性を示す。
当該量子ドットデバイスに印加される印加電圧が０Ｖか
ら増加されると、電極２、３の間のコンダクタンスがス
テップ状に変化し、電極２、３の間に流れる電流が不連
続的に増加する。電流の不連続的な増加が発生する電圧
間では、電極２、３の間のコンダクタンスは一定であ
る。その後、印加電圧が０Ｖに戻される間にも同様に、
電極２、３の間に流れる電流が不連続的に減少する。こ
のような電流−電圧特性は、当該量子ドットデバイス
に、クーロンブロケード現象によるクーロンステアケー
スが発生していることを示している。
【００２７】図１（ｂ）に示されているように、電極２
の端２ａが電極３に近づくほど幅が狭められ、電極３の
端３ａが電極２に近づくほど幅が狭められることは、電
極２、３の間に流れる電流の経路の数を制限することが
できる点で好ましい。電流の経路の数が制限されている
ことにより、クーロンステアケースによる電極２、３の
間の電流の不連続的な変化が発現しやすくなる。
の端２ａが電極３に近づくほど幅が狭められ、電極３の
端３ａが電極２に近づくほど幅が狭められることは、電
極２、３の間に流れる電流の経路の数を制限することが
できる点で好ましい。電流の経路の数が制限されている
ことにより、クーロンステアケースによる電極２、３の
間の電流の不連続的な変化が発現しやすくなる。
【００２８】このような製造方法によってクーロンステ
アケースが発現されるように形成された量子ドットデバ
イスは、スイッチングデバイスに適用可能である。この
場合、図４に示されているように、電極２、３及びＧｅ
ナノクリスタル４は、絶縁膜５により被覆され、絶縁膜
５の上にゲート電極６が形成される。クーロンブロケー
ドが破れる電極２、３の間の電圧は、ゲート電極６の電
圧に応じて変化する。これを利用して、スイッチングデ
バイスを構成することが可能である。
アケースが発現されるように形成された量子ドットデバ
イスは、スイッチングデバイスに適用可能である。この
場合、図４に示されているように、電極２、３及びＧｅ
ナノクリスタル４は、絶縁膜５により被覆され、絶縁膜
５の上にゲート電極６が形成される。クーロンブロケー
ドが破れる電極２、３の間の電圧は、ゲート電極６の電
圧に応じて変化する。これを利用して、スイッチングデ
バイスを構成することが可能である。
【００２９】また、上述の製造方法により形成された量
子ドットデバイスは、メモリデバイスに適用可能であ
る。形成された量子ドットデバイスは、印加電圧の増大
時と減少時とで不連続な電流変化が発生する電圧が異な
り、その電流−電圧特性は、ヒステリシス特性（履歴特
性）を示す。即ち、当該量子ドットデバイスは、一の印
加電圧に対して２つの状態が存在し得る。このヒステリ
シス特性を利用して、メモリデバイスを構成することが
可能である。
子ドットデバイスは、メモリデバイスに適用可能であ
る。形成された量子ドットデバイスは、印加電圧の増大
時と減少時とで不連続な電流変化が発生する電圧が異な
り、その電流−電圧特性は、ヒステリシス特性（履歴特
性）を示す。即ち、当該量子ドットデバイスは、一の印
加電圧に対して２つの状態が存在し得る。このヒステリ
シス特性を利用して、メモリデバイスを構成することが
可能である。
【００３０】また、上述の製造方法により形成された量
子ドットデバイスは、光検出器に適用可能である。この
場合、電極２、３及びＧｅナノクリスタル４は、図５に
示されているように、検出される光を透過する絶縁保護
膜７により被覆される。図５に示された光検出デバイス
に光を照射すると、その電流−電圧特性は、変化する。
この変化を利用して、光が検出可能である。
子ドットデバイスは、光検出器に適用可能である。この
場合、電極２、３及びＧｅナノクリスタル４は、図５に
示されているように、検出される光を透過する絶縁保護
膜７により被覆される。図５に示された光検出デバイス
に光を照射すると、その電流−電圧特性は、変化する。
この変化を利用して、光が検出可能である。
【００３１】更に、上述の製造方法により形成された量
子ドットデバイスは、発光デバイスに適用可能である。
この場合、図６に示されているように、金で形成された
電極２、３の代わりに、それぞれｐ型半導体、ｎ型半導
体で形成された電極２’、３’が形成される。更に、電
極２’、３’とＧｅナノクリスタル４は、光を透過する
絶縁膜８により被覆される。更に、Ｇｅナノクリスタル
４には、不純物がドープされない。電極２’、３’とし
ては、例えば、ｐ−ＧａＡｓ、ｎ−ＧａＡｓが使用可能
である。この場合、基板１の代わりに、半絶縁性のＧａ
Ａｓ基板が使用される。
子ドットデバイスは、発光デバイスに適用可能である。
この場合、図６に示されているように、金で形成された
電極２、３の代わりに、それぞれｐ型半導体、ｎ型半導
体で形成された電極２’、３’が形成される。更に、電
極２’、３’とＧｅナノクリスタル４は、光を透過する
絶縁膜８により被覆される。更に、Ｇｅナノクリスタル
４には、不純物がドープされない。電極２’、３’とし
ては、例えば、ｐ−ＧａＡｓ、ｎ−ＧａＡｓが使用可能
である。この場合、基板１の代わりに、半絶縁性のＧａ
Ａｓ基板が使用される。
【００３２】電極３’に対して電極２’に正の電圧が印
加されると、電極２’からＧｅナノクリスタル４に正孔
が注入され、更に、電極３’からＧｅナノクリスタル４
に電子が注入される。注入された正孔と電子とは、Ｇｅ
ナノクリスタル４において再結合し、光が発生される。
バルクのゲルマニウムは、一般に、間接遷移型であり、
発光しない。しかし、４〜５ｎｍの粒径のＧｅナノクリ
スタル４は、ダイヤモンド構造を有するバルクのゲルマ
ニウムとは異なり、ＳＴ−１２と呼ばれるテトラゴナル
構造の準安定構造を有する。ＳＴ−１２構造を有するＧ
ｅナノクリスタル４では、再結合による発光が可能であ
る。
加されると、電極２’からＧｅナノクリスタル４に正孔
が注入され、更に、電極３’からＧｅナノクリスタル４
に電子が注入される。注入された正孔と電子とは、Ｇｅ
ナノクリスタル４において再結合し、光が発生される。
バルクのゲルマニウムは、一般に、間接遷移型であり、
発光しない。しかし、４〜５ｎｍの粒径のＧｅナノクリ
スタル４は、ダイヤモンド構造を有するバルクのゲルマ
ニウムとは異なり、ＳＴ−１２と呼ばれるテトラゴナル
構造の準安定構造を有する。ＳＴ−１２構造を有するＧ
ｅナノクリスタル４では、再結合による発光が可能であ
る。
【００３３】以上に説明されているように、本実施の形
態の量子ドットデバイスの製造方法は、Ｇｅナノクリス
タル４の形成の厳密な制御が可能であり、良好な特性を
示す量子ドットデバイスの形成を実現する。
態の量子ドットデバイスの製造方法は、Ｇｅナノクリス
タル４の形成の厳密な制御が可能であり、良好な特性を
示す量子ドットデバイスの形成を実現する。
【００３４】なお、本実施の形態では、Ｇｅナノクリス
タル４の形成に、クラスタービーム蒸着法が使用されて
いるが、他の方法により、Ｇｅナノクリスタル４が形成
されることも可能である。但し、本実施の形態のよう
に、クラスタービーム蒸着法が使用されることが望まし
い。クラスタービーム蒸着法では、島状にゲルマニウム
が形成されやすく、互いに接触せずにＧｅナノクリスタ
ル４を形成することが容易になる。
タル４の形成に、クラスタービーム蒸着法が使用されて
いるが、他の方法により、Ｇｅナノクリスタル４が形成
されることも可能である。但し、本実施の形態のよう
に、クラスタービーム蒸着法が使用されることが望まし
い。クラスタービーム蒸着法では、島状にゲルマニウム
が形成されやすく、互いに接触せずにＧｅナノクリスタ
ル４を形成することが容易になる。
【００３５】また、本実施の形態では、Ｇｅナノクリス
タル４が形成されているが、その代りにＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐのような、他の半導体材料のナノクリスタルが形成さ
れることが可能である。
タル４が形成されているが、その代りにＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐのような、他の半導体材料のナノクリスタルが形成さ
れることが可能である。
【００３６】
【発明の効果】本発明により、量子ドットを適切な密
度、及び間隔で形成する技術が提供される。
度、及び間隔で形成する技術が提供される。
【００３７】また、本発明により、量子ドットが適切な
密度、及び間隔で形成された、クーロンブロケード現象
を利用した様々なデバイスが提供される。
密度、及び間隔で形成された、クーロンブロケード現象
を利用した様々なデバイスが提供される。
【図１】図１（ａ）は、本発明による量子ドットデバイ
スの製造方法の実施の一形態を示す断面図であり、図１
（ｂ）は平面図である。
スの製造方法の実施の一形態を示す断面図であり、図１
（ｂ）は平面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明による量子ドットデバイ
スの製造方法の実施の一形態を示す断面図であり、図２
（ｂ）は平面図である。
スの製造方法の実施の一形態を示す断面図であり、図２
（ｂ）は平面図である。
【図３】図３は、Ｇｅナノクリスタル４を形成するクラ
スタービーム装置を示す。
スタービーム装置を示す。
【図４】図４は、本発明による量子ドットデバイスの製
造方法の実施の一形態が適用されたスイッチングデバイ
スを示す。
造方法の実施の一形態が適用されたスイッチングデバイ
スを示す。
【図５】図５は、本発明による量子ドットデバイスの製
造方法の実施の一形態が適用された光検出器を示す。
造方法の実施の一形態が適用された光検出器を示す。
【図６】図６は、本発明による量子ドットデバイスの製
造方法の実施の一形態が適用された発光デバイスを示
す。
造方法の実施の一形態が適用された発光デバイスを示
す。
１：ガラス基板
２、３：電極
４：Ｇｅナノクリスタル
１０：クラスタービーム成膜装置
１１：基板ホルダー室
１２：ビーム発生室
１３：クラスタービーム
１４：ゲートバルブ
１５：バルブ
１６：バルブ
１７：基板ホルダー
１８、１９：リード線
２０：直流電源
２１：電流計
２２：カーボンるつぼ
２３：タングステンフィラメント
２４：交流電源
２５：直流電源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８Ｃ
Ｈ０１Ｓ 5/34 ６２２
31/10 Ａ
(72)発明者 野崎 眞次
神奈川県川崎市多摩区枡形６丁目５番２−
308号フローラルガーデン向ヶ丘遊園
(72)発明者 加藤 修一
神奈川県鎌倉市今泉台二丁目６番５号
Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB10 BA01 CA19 CA40
CB20
5F049 MB04 PA06 PA20 SS03
5F073 AA75 CA24 CB04 DA07
5F083 FZ01
5F110 BB13 GG03 GG11 GG21 GG42
Claims (9)
- 【請求項１】 基板の上に、第１電極と第２電極とを形
成する工程と、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加しなが
ら、前記基板の上に、半導体材料の微結晶を形成する工
程とを備え、 前記微結晶の形成は、前記第１電極と前記第２電極との
間に流れる電流に基づいて停止される量子ドットデバイ
スの製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の量子ドットデバイスの
製造方法において、 前記微結晶は、クラスタービーム蒸着法により形成され
る量子ドットデバイスの製造方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の量子ドットデバイスの
製造方法において、 前記微結晶の形成は、前記電流が所定の基準電流に到達
すると停止される量子ドットデバイスの製造方法。 - 【請求項４】 基板を保持する基板ホルダと、 前記基板の上に形成された第１電極と第２電極との間に
電圧を印加する電源と、 前記基板の上に、半導体材料の微結晶を成長する微結晶
形成装置と、 前記第１電極と前記第２電極との間に前記微結晶を介し
て流れる電流を計測する電流計とを備え、 前記微結晶の成長は、前記電流に基づいて停止される量
子ドットデバイスの製造装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載の量子ドットデバイスの
製造装置において、 前記微結晶形成装置は、前記半導体材料のクラスタービ
ームを前記基板に照射して前記微結晶を成長する量子ド
ットデバイスの製造装置。 - 【請求項６】 基板の上に、第１電極と第２電極とを形
成する工程と、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加しなが
ら、前記基板の上に、半導体材料の微結晶を形成する工
程と、 前記第１電極と前記第２電極と前記微結晶を被覆する絶
縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜の上に、ゲート電極を形成する工程とを備
え、 前記微結晶の形成は、前記第１電極と前記第２電極との
間に流れる電流に基づいて停止されるスイッチングデバ
イスの製造方法。 - 【請求項７】 基板の上に、第１電極と第２電極とを形
成する工程と、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加しなが
ら、前記基板の上に、半導体材料の微結晶を形成する工
程とを備え、 前記微結晶の形成は、前記第１電極と前記第２電極との
間に流れる電流に基づいて停止されるメモリデバイスの
製造方法。 - 【請求項８】 基板の上に、光電流を測定するための第
１電極と第２電極とを形成する工程と、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加しなが
ら、前記基板の上に、半導体材料の微結晶を形成する工
程と、とを備え、 前記微結晶の形成は、前記第１電極と前記第２電極との
間に流れる電流に基づいて停止される光検出器の製造方
法。 - 【請求項９】 基板の上に、ｐ型半導体である第１電極
を形成する工程と、 前記基板の上に、ｎ型半導体である第２電極を形成する
工程と、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加しなが
ら、前記基板の上に、半導体材料の微結晶を形成する工
程とを備え、 前記微結晶の形成は、前記第１電極と前記第２電極との
間に流れる電流に基づいて停止される発光デバイスの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002044577A JP2003243647A (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 量子ドットデバイスの製造方法及び製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002044577A JP2003243647A (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 量子ドットデバイスの製造方法及び製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003243647A true JP2003243647A (ja) | 2003-08-29 |
Family
ID=27783904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002044577A Pending JP2003243647A (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 量子ドットデバイスの製造方法及び製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003243647A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009521680A (ja) * | 2005-12-21 | 2009-06-04 | シーレイト リミテッド ライアビリティー カンパニー | 多段式波形検出器 |
| JP2012230952A (ja) * | 2011-04-25 | 2012-11-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 注入方法 |
-
2002
- 2002-02-21 JP JP2002044577A patent/JP2003243647A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009521680A (ja) * | 2005-12-21 | 2009-06-04 | シーレイト リミテッド ライアビリティー カンパニー | 多段式波形検出器 |
| JP2012230952A (ja) * | 2011-04-25 | 2012-11-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 注入方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6465782B1 (en) | Strongly textured atomic ridges and tip arrays | |
| US7906380B2 (en) | Electric device having nanowires, manufacturing method thereof, and electric device assembly | |
| JP5437229B2 (ja) | エピタキシャル層の形成方法及び層構造 | |
| US5126574A (en) | Microtip-controlled nanostructure fabrication and multi-tipped field-emission tool for parallel-process nanostructure fabrication | |
| US5294465A (en) | Microtip-controlled nanostructure fabrication and multi-tipped field emission tool for parallel-process nanostructure fabrication | |
| US6921684B2 (en) | Method of sorting carbon nanotubes including protecting metallic nanotubes and removing the semiconducting nanotubes | |
| US7015546B2 (en) | Deterministically doped field-effect devices and methods of making same | |
| KR100984585B1 (ko) | 반도체 성장 방법 및 디바이스 제조 방법 | |
| KR19990050209A (ko) | 반도체 소자의 양자점 형성 방법 | |
| KR20060121225A (ko) | 반도체 나노와이어의 세트를 제조하는 방법, 전기 장치 및그 제조 방법, 광 유도 에칭을 위한 장치 | |
| JP2005532181A5 (ja) | ||
| JP2008536103A (ja) | 静電的に制御された原子的な規模の導電性デバイス | |
| JP3761319B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2003243647A (ja) | 量子ドットデバイスの製造方法及び製造装置 | |
| JP3653970B2 (ja) | 量子ドットの製造方法 | |
| JP4253114B2 (ja) | Ｓｅｔ素子の製作方法 | |
| JP4309869B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| Enachescu et al. | Surface structure imaging, electronically induced modifications and electroluminescence of porous silicon by scanning tunneling microscopy | |
| JPH0341449A (ja) | リソグラフイ・マスクの製造方法およびリソグラフイ装置 | |
| KR100624461B1 (ko) | 나노 와이어 및 그 제조 방법 | |
| JP2002223016A (ja) | 量子素子の製造方法 | |
| JPH05283741A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JPH0982939A (ja) | 微細構造素子およびその製造方法 | |
| US8383432B2 (en) | Colloidal-processed silicon particle device | |
| JP3228250B2 (ja) | 微細構造素子とその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050204 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090114 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090515 |