JP4331437B2 - Method for producing compound / alloy structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は化合物・合金構造物の製造方法に関するものであり、特に、磁気記録媒体あるいは磁気ヘッド等の記録デバイスや、LSI等の電子デバイス、電界放出或いは電界イオン化、電荷注入等を利用した表示デバイス、分子デバイス等を構成する微細な構造を作製する方法に特徴のある化合物・合金構造物の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、工業的には光リソグラフィによるデバイス構造作製が主流となっているが、実験的な微細構造の作製には、電子ビーム(EB)リソグラフィ、収束イオンビーム(FIB)を用いて材料を切削する方法、高エネルギーEBを用いて材料を蒸発させる方法、FIB等のイオンビームやEBによって装置内に導入した材料気体を分解し、基板に堆積させるイオンビーム化学蒸着(CVD)法或いはEB化学蒸着法が用いられることがある。
【0003】
一方、さらなる構造の微細化を目指して、走査型トンネル顕微鏡(STM)を使用した構造作製法もいくつか提案されており、このSTMを使用した作製法としては、「微細加工方法およびその装置」( 特開平2−173278号公報)や「微小部処理方法及びその装置並びに微小部分析方法及びその装置」( 特開平4−34824号公報)、「走査型トンネル顕微鏡による超微細加工方法」( 特開平4−368762号公報)に見られるごとく、被加工材料の電界蒸発を利用した方法、同じく電界蒸発に化学反応を併用して材料を加工する方法、逆にSTMの探針材料を電界蒸発させて基板に堆積させる方法、探針からのトンネル電流あるいは電界放出電流による一種のEB−CVD法等がある。
【0004】
さらには、「リソグラフィ・マスクの製造方法およびリソグラフィ装置」( 特開平3−41449号公報)のごとく、リソグラフィのレジスト作製あるいは露光方法としてSTMのトンネル電流による化学反応や相変化を用いる方法も提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在主流となっているリソグラフィによる方法は、パターンの作製、露光、現像、エッチング、と多段階の操作が必要であるとともに、被加工材料が半導体ではなく金属である場合、現状では異方性エッチングが困難であるため、高アスペクト比の微細構造作製が難しいという問題がある。
【0006】
また、FIBを用いた切削ではイオンの収束を強めて解像度を上げようとするとイオン電流が激減して加工速度が非常に小さくなってしまうという問題があるとともに、FIBでは切削・堆積ともに使用したイオン、例えば、Gaイオンによる汚染が発生するという問題がある。
【0007】
一方、EBを用いて蒸発させる方法では材料の一部を残して他の部分を蒸発させようとすると多大な時間がかかるという問題があり、また、EBを用いたCVD法では、装置に比較的高い圧力の材料気体を導入するため、材料気体あるいは装置内の残留気体の取り込みによる汚染が発生するという問題がある。
【0008】
さらに、現在までに提案されているSTMを用いた微細構造作製法の内、被加工材料の電界蒸発を利用する方法は、EBによる蒸発と同様に材料の一部を残そうとする場合に多大な時間がかかるという問題がある。
【0009】
また、STMの探針材料を堆積させる方法は探針が蒸発に伴って消耗するため、探針の状態に大きく依存するトンネル電流の制御が困難になり、また、探針の頻繁な交換が必要になるという問題がある。
【0010】
また、STMを利用したEB−CVD法の場合には、通常のEB−CVD法と同様の汚染の問題が避けられないという問題がある。
【0011】
また、STMを用いたリソグラフィパターンの形成では、多段階の操作が必要とされる点は通常のリソグラフィと変わらないという問題があるとともに、材料が金属である場合の問題点も同様である。
【0012】
したがって、本発明は、簡単な工程によって微細な化合物・合金構造物を選択的に形成することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
上記の課題を解決するために、本発明は、化合物・合金構造物の製造方法において、基板上に堆積させておいた複数の材料物質2,3の直径1μm以下の領域を局所的に加熱し、溶融させて化合物或いは合金のいずれかからなる構造物6を形成したのち、構造物6上に、さらに、材料物質2,3を堆積させたのち、局所的加熱処理を行うことを特徴とする。
【0014】
この様に、局所的な加熱を行うことによってマスクレスで、任意の微細形状の所定の組成を有する化合物或いは合金のいずれかからなる構造物6を選択的に形成することが可能になる。
特に、構造物6上に、さらに、材料物質2,3を堆積させて局所的加熱処理を行うことにより、異種物質2,3が境界を接する微細ヘテロ接合等の構成を形成することが可能になる。
【0015】
なお、この様な微細な構造物6のサイズは、リソグラフィによる加工が困難な、最大径として1μm以下、より好適には100nm以下が好適である。
また、この場合、材料物質2,3は、基板上に直接堆積させても良いし、或いは、基板上に下地1を介して堆積させても良いものである。
【0016】
この場合、STM等の探針4を利用する場合には、再加工前にSTMによって観察を行なって構造物6の位置確認ができるため、再加工時の位置合わせは容易になる。
【0017】
この場合の局所的加熱手段としては、STM等の探針4を利用したトンネル電流5、接触電流、或いは、電界放出電流のいずれかを用いても良いし、電子ビーム、レーザ光、或いは、シンクロトロン放射光のいずれかのエネルギービームを用いても良いものであり、材料物質2,3に与えるエネルギーの大きさ、例えば、印加する電流量、或いは、エネルギービームの場合には、ビーム自体のエネルギーとビーム数及び時間変化を制御することによって、任意の形状・組成の構造物6を形成することが可能になる。
【0018】
この場合、材料物質2,3の成膜から加工までの操作を高真空中で行なうことが可能であるので、作製雰囲気に由来する汚染を避けることができ、また、STM等の探針4を利用する場合には、材料を探針4からではなく基板上から供給するために探針4は消耗せず、消耗に起因する問題を回避することができる。
【0019】
このように形成する構造物6としては、 III族元素からなる材料物質2,3とV族元素からなる材料物質2,3を用いたIII-V族化合物半導体構造物、II族元素からなる材料物質2,3とVI族元素からなる材料物質2,3を用いた11−VI族化合物半導体構造物等の化合物構造物、或いは、磁性金属或いは非磁性金属からなる材料物質2,3を用いた非磁性合金構造物、強磁性合金構造物、或いは、反強磁性合金構造物等の合金構造物が典型的なものである。
【0020】
また、複数の材料物質2,3の厚みの比を変えることによって、構造物6の組成を任意に制御することができ、それによって、任意の組成の混晶化合物半導体構造物或いは合金構造物を形成することができる。
【0021】
また、材料物質2,3と形成された構造物6との物理的あるいは化学的性質の違いを利用して、構造物以外の不要部分を除去することにより、リソグラフィ或いはEB等による選択蒸発法を用いることなく、簡単なマスクレスのエッチング工程によって微細な構造物6のみを任意の箇所に形成することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
ここで、図2乃至図4を参照して、本発明の第1の実施の形態の微細ヘテロ接合構造の製造工程を説明する。
図2(a)参照
まず、Al2 O3 基板11上に真空蒸着法を用いて、厚さが100nm以下、例えば、10nmのSb薄膜12、及び、厚さが100nm以下、例えば、10nmのIn薄膜13を順次堆積させて多層膜を形成する。
【0023】
図2(b)参照
次いで、多層膜上にSTMの探針14をトンネル電流が流れる程度近接させ、トンネル電流を局所的に流すことによって局所加熱してIn薄膜13及びSb薄膜12の加熱箇所を溶融して合金化してInSbドット15を形成する。
この場合、InSbドット15の大きさはトンネル電流の電流量に依存するが、例えば、数μA程度流すことによって、最大径が100nm以下、例えば、20〜30nmのサイズのInSbドット15が得られる。
【0024】
図3(c)参照
次いで、再び、真空蒸着法を用いて、全面に、厚さが100nm以下、例えば、10nmのAl薄膜16を堆積させる。
【0025】
図3(d)参照
次いで、再び、InSbドット15に対応するAl薄膜16上にSTMの探針14をトンネル電流が流れる程度近接させ、トンネル電流を局所的に流すことによって局所加熱してAl薄膜16及びInSbドット15の加熱箇所を溶融して合金化してInAlSbドット17を形成することによって、InAlSb/InSbヘテロ接合を形成することができる。
この場合、STMの探針14を利用しているので、再加工前にSTMによって観察を行なってInSbドット15の位置確認ができるため、再加工時の位置合わせは容易になる。
【0026】
図4(f)参照
次いで、InAlSbドット17に対するエッチングレートの小さな希塩酸からなるエッチング液を用いてエッチングすることによって、未反応のAl薄膜16及びIn薄膜13を選択的に除去する。
【0027】
図4(g)参照
最後に、王水を用いて軽くエッチングすることによって、未反応のSb薄膜12を除去することによって孤立したInAlSb/InSbヘテロ接合を形成することができる。
なお、この場合、InAlSbドット17及びInSbドット15の露出部もエッチングされることになる。
【0028】
この様に、本発明の第1の実施の形態においては、STMの探針を用いてトンネル電流を用いて局所的に加熱しているので、任意の箇所に微細なヘテロ接合接合構造物を形成することが可能になる。
【0029】
なお、薄膜堆積時に、InとSbにSi等のn型不純物をドープしておき、また、AlにZn等のp型不純物をドープしておくことによって、pn接合ヘテロダイオードを形成することが可能になる。
【0030】
この場合、Al2 O3 基板上にW等の高融点金属配線パターンを設け、この高融点金属配線パターン上でInSbドットを形成することによって、pn接合ヘテロダイオードの一方の電極とすることができる。
【0031】
なお、他方の電極は、例えば、pn接合ヘテロダイオードを含む全面に再びAl薄膜を堆積させたのち、STMの探針を移動させながらpn接合ヘテロダイオードに達するまで局所的加熱を繰り返してAlを溶融・固化させることによって他の部分比べて厚いAl配線パターンを形成することができ、次いで、希酸を用いて軽くエッチングしてAl膜の残部を除去することによって他方の電極を形成することができる。
この場合、Al配線とW配線とが短絡しないように、InSbトッドの形成箇所等を考慮する必要がある。
【0032】
次に、図5を参照して、本発明の第2の実施の形態の非磁性合金ドットの製造工程を説明する。
図5(a)参照
まず、Ta基板21上に真空蒸着法を用いて、厚さが100nm以下、例えば、12nmのCu薄膜22、及び、厚さが100nm以下、例えば、8nmのNi薄膜23を順次堆積させて多層膜を形成する。
【0033】
図5(b)参照
次いで、多層膜上にSTMの探針24をトンネル電流が流れる程度近接させ、トンネル電流を局所的に流すことによって局所加熱してNi薄膜23及びCu薄膜22の加熱箇所を溶融して合金化してCu0.6 Ni0.4 ドット25を形成する。
【0034】
この様に、本発明の第2の実施の形態においては、強磁性金属であるNi薄膜23中に非磁性合金であるCu0.6 Ni0.4 ドット25を任意の位置に孤立した状態で点在させることができる。
なお、この合金ドットの組成比は、最初に堆積させたCu薄膜22とNi薄膜23の膜厚比にほぼ依存することになる。
【0035】
次に、図6を参照して、本発明の第3の実施の形態の強磁性合金ドットの製造工程を説明する。
図6(a)参照
まず、Ta基板31上に真空蒸着法を用いて、厚さが100nm以下、例えば、12nmのCu薄膜32、厚さが100nm以下、例えば、6nmのAl薄膜33、及び、厚さが100nm以下、例えば、6nmのMn薄膜34を順次堆積させて多層膜を形成する。
【0036】
図6(b)参照
次いで、多層膜上にSTMの探針35をトンネル電流が流れる程度近接させ、トンネル電流を局所的に流すことによって局所加熱してMn薄膜34乃至Cu薄膜32の加熱箇所を溶融して合金化することによってCu2 AlMnドット36を形成する。
【0037】
この様に、本発明の第3の実施の形態においては、非磁性金属であるCu薄膜32,Al薄膜33,Mn薄膜34中に強磁性合金であるCu2 AlMnドット36を任意の位置に孤立した状態で点在させることができる。
なお、この場合には、Cu2 AlMnの組成比に対応するように、堆積させるCu薄膜32,Al薄膜33,Mn薄膜34の膜厚を設定する。
【0038】
次に、図7を参照して、本発明の第4の実施の形態の反強磁性合金ドットの製造工程を説明する。
図7(a)参照
まず、Ta基板41上に真空蒸着法を用いて、厚さが100nm以下、例えば、6nmのPt薄膜42、厚さが100nm以下、例えば、6nmのPd薄膜43、及び、厚さが100nm以下、例えば、12nmのMn薄膜44を順次堆積させて多層膜を形成する。
【0039】
図7(b)参照
次いで、多層膜上にSTMの探針45をトンネル電流が流れる程度近接させ、トンネル電流を局所的に流すことによって局所加熱してMn薄膜44乃至Pt薄膜42の加熱箇所を溶融して合金化することによってPtPdMn2 ドット46を形成する。
【0040】
この様に、本発明の第4の実施の形態においては、非磁性金属であるPt薄膜42,Pd薄膜43,Mn薄膜44中に反強磁性合金であるPtPdMn2 ドット46を任意の位置に孤立した状態で点在させることができる。
なお、この場合も、PtPdMn2 の組成比に対応するように、堆積させるPt薄膜42,Pd薄膜43,Mn薄膜44の膜厚を設定する。
【0041】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態の説明においては、多層膜を溶融するためにSTMの探針からのトンネル電流を用いているが、トンネル電流に限られるものではなく、電界放出電流或いは接触電流等を用いても良いものである。
は言うまでもない。
【0042】
即ち、「トンネル電流」は、正負電極間に夫々の電極を構成する材料の仕事関数を越えない程度の電圧、例えば、5〜6V程度以下の電圧を印加することによって正負の電極間に形成されるポテンシャルバリアをトンネルして流れるものであり、正負電極間は1nm程度であり、1nmより離れると殆ど電流は流れなくなる。
【0043】
一方、「電界放出電流」は、正負電極間に夫々の電極を構成する材料の仕事関数より大きな電圧を印加して自由空間に放出される電子によるものであり、印加する電圧を大きくすれば数nm〜μmの間隔でも電流を流すことができるものであるが、印加電圧を高くし過ぎると分解能が悪くなる。
【0044】
また、「接触電流」は、正負電極が接触した状態で、電子が電極間を移動する上でポテンシャルバリアがない状態で流れる電流であり、分解能は探針の接触面積に依存するが、一般的には分解能が悪くなる。
例えば、構造物の寸法が数nm程度以上の場合には、接触型AFM(原子間力顕微鏡)の高融点金属で構成された探針を用いることが望ましい。
【0045】
また、局所的に加熱手段は、この様な電流に限られるものではなく、電子ビーム、レーザ光、或いは、シンクロトロン放射光を用いても良いものであり、構造物のサイズが比較的大きな場合に有効になる。
【0046】
また、上記の第1の実施の形態においては、未反応のSb薄膜の除去を王水を用いて行っているが、真空中におけるArガス等の希ガスを用いたスパッタエッチングなどにより全体を軽くエッチングしても良いものである。
【0047】
また、上記の各実施の形態においては、二元及び三元の化合物或いは合金を形成しているが、多層膜を4層以上の構造にして四元以上の混晶化合物或いは合金を形成しても良いものである。
【0048】
また、上記の第1の実施の形態においては、III-V族化合物半導体の製造工程として説明しているが、III-V族化合物半導体に限られるものではなく、薄膜材料としてHg及びCd等のII族元素と、Te等のVI族元素を用いてHgCdTe等のII−VI族化合物半導体を形成して良いものであり、さらには、他の族の化合物半導体を形成しても良いものである。
【0049】
ここで、再び図1を参照して、改めて本発明の詳細な構成を説明する。
再び、図1参照
(付記1) 基板上に堆積させておいた複数の材料物質2,3の直径1μm以下の領域を局所的に加熱し、溶融させて化合物或いは合金のいずれかからなる構造物6を形成したのち、前記構造物6上に、さらに、材料物質2,3を堆積させたのち、局所的加熱処理を行うことを特徴とする化合物・合金構造物の製造方法。
(付記2) 前記複数の材料物質2,3を局所的に加熱する工程において、トンネル電流5、接触電流、或いは、電界放出電流のいずれかを用いることを特徴とする付記1に記載の化合物・合金構造物の製造方法。
(付記3) 前記複数の材料物質2,3を局所的に加熱する工程において、エネルギービームの照射を用いることを特徴とする付記1に記載の化合物・合金構造物の製造方法。
(付記4) 前記エネルギービームが、電子ビーム、レーザ光、或いは、シンクロトロン放射光のいずれかであることを特徴とする付記3記載の化合物・合金構造物の製造方法。
(付記5) 前記複数の材料物質2,3が III族元素からなる材料物質2(3)とV族元素からなる材料物質3(2)であり、前記構造物6がIII-V族化合物半導体構造物であることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の化合物・合金構造物の製造方法。
(付記6) 前記複数の材料物質2,3がII族元素からなる材料物質2(3)とVI族元素からなる材料物質3(2)であり、前記構造物6が11−VI族化合物半導体構造物であることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の化合物・合金構造物の製造方法。
(付記7) 前記複数の材料物質2,3は磁性金属或いは非磁性金属からなり、且つ、前記構造物6が非磁性合金構造物、強磁性合金構造物、或いは、反強磁性合金構造物のいずれかであることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の化合物・合金構造物の製造方法。
(付記8) 前記複数の材料物質2,3の厚みの比を変えることによって前記構造物6の組成を変化させることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1に記載の化合物・合金構造物の製造方法。
(付記9) 前記構造物6の形成後に、前記材料物質2,3と形成された前記構造物6との物理的あるいは化学的性質の違いを利用して、前記構造物6以外の不要部分を除去することを特徴とする付記1乃至8のいずれか1に記載の化合物・合金構造物の製造方法。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、材料物質の異なる多層膜を形成したのち、局所的に加熱溶融させて合金化させているので、電子デバイス・磁気デバイス等においてナノメートルサイズ以上の任意の大きさの合金あるいは化合物の微細な構造を、基板上に直接作製することが可能となり、ひいては、電子デバイス・磁気デバイスのリソグラフィー限界を越えた超微細化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の図2以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の図3以降の製造工程の説明図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態の製造工程の説明図である。
【符号の説明】
1 下地
2 材料物質
3 材料物質
4 探針
5 トンネル電流
6 構造物
11 Al2 O3 基板
12 Sb薄膜
13 In薄膜
14 STMの探針
15 InSbドット
16 Al薄膜
17 InAlSbドット
21 Ta基板
22 Cu薄膜
23 Ni薄膜
24 STMの探針
25 Cu0.6 Ni0.4 ドット
31 Ta基板
32 Cu薄膜
33 Al薄膜
34 Mn薄膜
35 STMの探針
36 Cu2 AlMnドット
41 Ta基板
42 Pt薄膜
43 Pd薄膜
44 Mn薄膜
45 STMの探針
46 PtPdMn2 ドット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a compound / alloy structure, and in particular, a recording device such as a magnetic recording medium or a magnetic head, an electronic device such as LSI, a display device using field emission or field ionization, charge injection, etc. The present invention relates to a method for producing a compound / alloy structure characterized by a method for producing a fine structure constituting a molecular device or the like.
[0002]
[Prior art]
At present, device structure fabrication by optical lithography is industrially the mainstream, but material is cut using electron beam (EB) lithography and focused ion beam (FIB) for experimental microstructure fabrication. Method, Method of Evaporating Material Using High Energy EB, Ion Beam Chemical Vapor Deposition (CVD) Method or EB Chemical Vapor Deposition Method of Decomposing Material Gas Introduced into Device by Ion Beam or EB such as FIB May be used.
[0003]
On the other hand, several structural fabrication methods using a scanning tunneling microscope (STM) have been proposed with the aim of further miniaturizing the structure. As a fabrication method using this STM, a “microfabrication method and apparatus” (Japanese Patent Laid-Open No. 2-173278), “Micropart Processing Method and Apparatus and Micropart Analysis Method and Apparatus” (Japanese Patent Laid-Open No. 4-34824), “Ultra Fine Processing Method Using Scanning Tunneling Microscope” As seen in Kaihei 4-368762), a method using electric field evaporation of the material to be processed, a method of processing the material using a chemical reaction in combination with electric field evaporation, and conversely, evaporating the probe material of STM by electric field evaporation. There are a method of depositing on a substrate and a kind of EB-CVD method using a tunnel current or a field emission current from a probe.
[0004]
Furthermore, a method of using a chemical reaction or phase change due to the tunnel current of STM is proposed as a resist production or exposure method of lithography, as in “Lithography mask manufacturing method and lithography apparatus” (Japanese Patent Laid-Open No. 3-41449). ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the currently mainstream lithography method requires multi-step operations such as pattern production, exposure, development, and etching, and is currently anisotropic when the material to be processed is a metal rather than a semiconductor. Since it is difficult to perform etching, there is a problem that it is difficult to produce a fine structure with a high aspect ratio.
[0006]
In addition, in FIB cutting, there is a problem that if the ion convergence is increased to increase the resolution, the ion current is drastically reduced and the processing speed becomes very small. In addition, the FIB uses ions used for both cutting and deposition. For example, there is a problem that contamination by Ga ions occurs.
[0007]
On the other hand, the method of evaporating using EB has a problem that it takes a lot of time to try to evaporate other parts while leaving a part of the material. Since a high-pressure material gas is introduced, there is a problem that contamination occurs due to the incorporation of the material gas or residual gas in the apparatus.
[0008]
Furthermore, among the microstructural fabrication methods using STM that have been proposed to date, the method using electric field evaporation of a material to be processed is very large when a part of the material is left as in the case of evaporation by EB. There is a problem that it takes a long time.
[0009]
In addition, the STM probe material deposition method consumes the probe as it evaporates, making it difficult to control the tunnel current, which greatly depends on the probe state, and requiring frequent replacement of the probe. There is a problem of becoming.
[0010]
Further, in the case of the EB-CVD method using STM, there is a problem that the same contamination problem as in the normal EB-CVD method cannot be avoided.
[0011]
Further, in the formation of a lithography pattern using STM, there is a problem that a multi-step operation is not different from that of normal lithography, and the same problem occurs when the material is a metal.
[0012]
Accordingly, an object of the present invention is to selectively form a fine compound / alloy structure by a simple process.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention. Here, means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
See FIG. 1 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a method for producing a compound / alloy structure in which a plurality of
[0014]
In this manner, by locally heating, it is possible to selectively form the structure 6 made of any compound or alloy having a predetermined composition with an arbitrary fine shape without mask.
In particular, by depositing the
[0015]
The size of such a fine structure 6 is 1 μm or less, more preferably 100 nm or less as the maximum diameter, which is difficult to process by lithography.
In this case, the
[0016]
In this case, when the probe 4 such as STM is used, since the position of the structure 6 can be confirmed by observing by STM before reworking, alignment at the time of reworking becomes easy.
[0017]
As the local heating means in this case, any one of a
[0018]
In this case, since the operations from film formation to processing of the
[0019]
As the structure 6 formed in this way, a group III-V compound semiconductor structure using a
[0020]
Further, the composition of the structure 6 can be arbitrarily controlled by changing the ratio of the thicknesses of the plurality of
[0021]
Further, by utilizing the difference in physical or chemical properties between the
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 4, the manufacturing process of the fine heterojunction structure of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
2A. First, an Sb
[0023]
Next, referring to FIG. 2B, the
In this case, although the size of the
[0024]
Next, referring to FIG. 3C, an Al
[0025]
Next, referring again to FIG. 3D, again, the Al
In this case, since the
[0026]
Next, referring to FIG. 4F, unreacted Al
[0027]
Finally, referring to FIG. 4G, an isolated InAlSb / InSb heterojunction can be formed by removing the unreacted Sb
In this case, the exposed portions of the
[0028]
As described above, in the first embodiment of the present invention, since a tunnel current is used to locally heat an STM probe, a fine heterojunction junction structure is formed at an arbitrary location. It becomes possible to do.
[0029]
It is possible to form a pn junction heterodiode by doping In and Sb with an n-type impurity such as Si and doping Al with a p-type impurity such as Zn when depositing the thin film. become.
[0030]
In this case, a refractory metal wiring pattern such as W is provided on the Al 2 O 3 substrate, and an InSb dot is formed on the refractory metal wiring pattern, whereby one electrode of the pn junction heterodiode can be obtained. .
[0031]
For the other electrode, for example, an Al thin film is deposited again on the entire surface including the pn junction heterodiode, and then local heating is repeated until the pn junction heterodiode is reached while moving the STM probe to melt the Al. -By solidifying, a thicker Al wiring pattern than other parts can be formed, and then the other electrode can be formed by removing the remainder of the Al film by lightly etching with dilute acid .
In this case, it is necessary to consider the location where the InSb tod is formed so that the Al wiring and the W wiring are not short-circuited.
[0032]
Next, with reference to FIG. 5, the manufacturing process of the nonmagnetic alloy dot of the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
5A. First, a Cu
[0033]
Next, refer to FIG. 5B. Next, the
[0034]
Thus, in the second embodiment of the present invention, Cu 0.6 Ni 0.4 dots 25, which are nonmagnetic alloys, are scattered in arbitrary positions in the Ni
Note that the composition ratio of the alloy dots substantially depends on the film thickness ratio of the Cu
[0035]
Next, with reference to FIG. 6, the manufacturing process of the ferromagnetic alloy dot of the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated.
First, referring to FIG. 6A, using a vacuum deposition method on the
[0036]
Next, referring to FIG. 6B, the MTM
[0037]
As described above, in the third embodiment of the present invention, Cu 2 AlMn dots 36, which are ferromagnetic alloys, are isolated at arbitrary positions in the Cu
In this case, the film thicknesses of the Cu
[0038]
Next, with reference to FIG. 7, the manufacturing process of the antiferromagnetic alloy dot of the 4th Embodiment of this invention is demonstrated.
First, referring to FIG. 7A, using a vacuum deposition method on the
[0039]
Next, referring to FIG. 7B, the MTM
[0040]
As described above, in the fourth embodiment of the present invention, the PtPdMn 2 dots 46, which are antiferromagnetic alloys, are isolated in arbitrary positions in the Pt
Also in this case, the film thicknesses of the Pt
[0041]
As mentioned above, although each embodiment of the present invention has been described, the present invention is not limited to the configuration described in each embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the description of each of the above embodiments, the tunnel current from the STM probe is used to melt the multilayer film. However, the present invention is not limited to the tunnel current, and a field emission current or a contact current is used. May be used.
Needless to say.
[0042]
That is, the “tunnel current” is formed between the positive and negative electrodes by applying a voltage that does not exceed the work function of the material constituting each electrode, for example, a voltage of about 5 to 6 V or less. The potential barrier is about 1 nm between the positive and negative electrodes, and almost no current flows away from 1 nm.
[0043]
On the other hand, the “field emission current” is due to electrons emitted into free space by applying a voltage higher than the work function of the material constituting each electrode between the positive and negative electrodes. Although current can flow even at intervals of nm to μm, if the applied voltage is increased too much, the resolution becomes worse.
[0044]
The “contact current” is a current that flows in the state where the positive and negative electrodes are in contact and electrons move between the electrodes and there is no potential barrier. The resolution depends on the contact area of the probe. The resolution is worse.
For example, when the size of the structure is about several nanometers or more, it is desirable to use a probe made of a refractory metal of a contact type AFM (atomic force microscope).
[0045]
Further, the local heating means is not limited to such a current, and an electron beam, laser light, or synchrotron radiation light may be used, and the structure is relatively large in size. Becomes effective.
[0046]
In the first embodiment, the unreacted Sb thin film is removed using aqua regia, but the whole is lightened by sputter etching using a rare gas such as Ar gas in a vacuum. It may be etched.
[0047]
In each of the above embodiments, binary and ternary compounds or alloys are formed, but a multilayer film is formed of four or more layers to form a quaternary mixed crystal compound or alloy. Is also good.
[0048]
In the first embodiment, the manufacturing process of the group III-V compound semiconductor is described. However, the manufacturing process is not limited to the group III-V compound semiconductor, and thin film materials such as Hg and Cd are used. A II-VI compound semiconductor such as HgCdTe may be formed using a II group element and a VI group element such as Te, and further, a compound semiconductor of another group may be formed. .
[0049]
Here, the detailed configuration of the present invention will be described again with reference to FIG. 1 again.
See FIG. 1 again. (Appendix 1) A structure made of either a compound or an alloy by locally heating and melting a region having a diameter of 1 μm or less of a plurality of
In (Supplementary Note 2) the step of locally heating the plurality of the
(Supplementary Note 3) In the step of locally heating the plurality of the
(Additional remark 4 ) The said energy beam is either an electron beam, a laser beam, or synchrotron radiation light, The manufacturing method of the compound and alloy structure of
(Supplementary Note 5) In the case of a plurality of the
(Supplementary Note 6) In the case of a plurality of the
(Supplementary Note 7) The plurality of the
(Supplementary Note 8) The compound, alloy structure according to any one of
After formation of the (Supplementary Note 9) The structure 6, by utilizing a difference in physical or chemical properties of the structure 6 formed with the
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, after forming a multilayer film with different material substances, it is locally heated and melted to be alloyed. Therefore, in an electronic device, a magnetic device, etc., an alloy having an arbitrary size of nanometer size or more or A fine structure of a compound can be directly produced on a substrate, and as a result, it greatly contributes to ultra-miniaturization exceeding the lithography limit of electronic devices and magnetic devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the manufacturing process up to the middle of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the manufacturing process until the middle of FIG. 2 and subsequent steps of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing process after FIG. 3 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the second embodiment of this invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1
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