JP5900872B2 - 電子デバイスおよび電子デバイスの作製方法 - Google Patents
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金属細線2に設けられた理想的なナノギャップ構造の形状は、ナノギャップ幅6、ナノギャップ長さ7、および、ナノギャップ幅の均一性により定められる。
半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた金属細線とを備え、
前記金属細線は、局所的に結晶構造が単結晶である領域を備え、前記領域にナノオーダのギャップが形成されている電子デバイスである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電子デバイスにおいて、
前記金属細線において、前記ナノオーダのギャップを挟んで対向する部分の結晶構造が単結晶であることを特徴としている。
前記ナノオーダのギャップは、2nm以下のギャップ幅であることを特徴としている。
前記ナノオーダのギャップは、ギャップ長が100 nm以上にわたって均一な幅を有することを特徴としている。
前記金属細線を構成する金属は、白金、金、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、ルテニウム、銀、タンタル、炭素、及びこれらの合金もしくは化合物であることを特徴としている。
結晶成長を促進させる所定の雰囲気ガス中で、金属細線に所定の電圧印加および電流を流して前記金属細線において局所的に結晶成長させて、前記金属細線の前記局所的に結晶成長させた領域にナノオーダのギャップを形成する電子デバイスの作製方法である。
また、請求項7に記載の発明は、請求項7に記載の電子デバイスの作製方法において、
前記金属細線において、前記ナノオーダのギャップを挟んで対向する部分の結晶構造が単結晶となるように結晶成長させることを特徴としている。
前記金属細線を構成する金属は、白金、金、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、ルテニウム、銀、タンタル、炭素、及びこれらの合金もしくは化合物であることを特徴としている。
前記雰囲気ガスは、水素、一酸化炭素、硫化水素、ホルムアルデヒド、酸素、オゾン、亜酸化窒素、または、それらの混合ガス、または、不活性元素であることを特徴としている。
絶縁体膜4および半導体基板5上の金属細線2の幅は、1μm以下である。金属細線2の材質としては、白金、金、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、ルテニウム、銀、タンタル、炭素、及びこれらの合金もしくは化合物が挙げられる。
図3、4、5、7に示したように、ナノギャップ幅6が狭く、且つ、均一であり、ナノギャップ長7が長い形状が理想的な形状である。また、ナノギャップ面を挟む金属細線2における結晶面が単一の結晶面で構成されるような高い結晶性を持つナノギャップが理想的な形態である。
発明者らは、所定の雰囲気ガス中で金属細線2に所定の電圧印加および電流を流して結晶成長させるプロセスを行うことで、金属細線2の結晶粒界が局所的に大きく再構成しやすくなることを見出した。
この手法で用いられている所定の電圧・電流を印加する方法では、金属細線2が蒸発もしくは融解する程度の大きなジュール熱を抑制する必要がある。結晶性の向上には高い温度が必要であるが、温度が高すぎると、金属細線2が融解・蒸発などで大きく変形してしまうため、それらの温度以上にならないように温度を制御することが望ましい。この温度の調整には、微分抵抗を制限した電圧掃引印加や、パルス時間幅を抑制した電圧パルス印加法などが好適に用いられる。この温度以下で、この所定の電圧・電流を印加する方法により、結晶粒界の原子に電子の運動エネルギーを与え、結晶粒界の原子をエレクトロマイグレーションで輸送する。結果として、このエレクトロマイグレーションが特に集中して発生した金属細線箇所では、最終的に金属細線2が断線されナノギャップ構造になる。
図13には、結晶成長過程における金属細線のSEM像を示す。結晶の成長に伴い、金属細線は、徐々に断線されていく。
以上の手順により、ナノギャップ構造を作製した。
図14には、作製したナノギャップ構造のSEM写真を示す。ギャップ幅が2 nm以下、かつ、ギャップ長100 nmのナノギャップ構造が得られている。また、ギャップ部の結晶構造が単一である。
図15には、作製した他のナノギャップ構造のSEM写真を示す。ギャップ幅が2nm以下、かつ、ギャップ長2 nmのナノギャップ構造である。また、ギャップ部の結晶構造が単一である。
2:金属細線
3:金属層
4:半導体基板表面(絶縁層)
5:半導体基板
6:ギャップ幅
7:ギャップ長
11〜13:結晶面
15:アズグロウンの結晶状態(アモルファス)
16:金属結晶が再構成した領域
17〜19:金属結晶
Claims (9)
- 半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた金属細線とを備え、
前記金属細線は、局所的に結晶構造が単結晶である領域を備え、前記領域にナノオーダのギャップが形成されている電子デバイス。 - 前記金属細線において、前記ナノオーダのギャップを挟んで対向する部分の結晶構造が単結晶であることを特徴とする請求項1記載の電子デバイス。
- 前記ナノオーダのギャップは、2nm以下のギャップ幅であることを特徴とする請求項1又は2記載の電子デバイス。
- 前記ナノオーダのギャップは、ギャップ長が100 nm以上にわたって均一な幅を有することを特徴とする請求項1又は2記載の電子デバイス。
- 前記金属細線を構成する金属は、白金、金、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、ルテニウム、銀、タンタル、炭素、及びこれらの合金もしくは化合物であることを特徴とする請求項1又は2記載の電子デバイス。
- 結晶成長を促進させる所定の雰囲気ガス中で金属細線に所定の電圧印加および電流を流して、前記金属細線において局所的に結晶成長させて、前記金属細線の前記局所的に結晶成長させた領域にナノオーダのギャップを形成する電子デバイスの作製方法。
- 前記金属細線において、前記ナノオーダのギャップを挟んで対向する部分の結晶構造が単結晶となるように結晶成長させることを特徴とする請求項6記載の電子デバイスの作製方法。
- 前記金属細線を構成する金属は、白金、金、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、ルテニウム、銀、タンタル、炭素、及びこれらの合金もしくは化合物であることを特徴とする請求項6又は7記載の電子デバイスの作製方法。
- 前記雰囲気ガスは、水素、一酸化炭素、硫化水素、ホルムアルデヒド、酸素、オゾン、亜酸化窒素、または、それらの混合ガス、または、不活性元素であることを特徴とする請求項6又は7記載の電子デバイスの作製方法。
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