JPH07183485A - 量子細線装置及び製造方法 - Google Patents
量子細線装置及び製造方法Info
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- JPH07183485A JPH07183485A JP32395493A JP32395493A JPH07183485A JP H07183485 A JPH07183485 A JP H07183485A JP 32395493 A JP32395493 A JP 32395493A JP 32395493 A JP32395493 A JP 32395493A JP H07183485 A JPH07183485 A JP H07183485A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電子デバイス等に使用される半導体量子細線
装置を得る。 【構成】 単結晶基板に、（イ）該単結晶基板上にＶＬ
Ｓ成長法により形成された針状単結晶からなる量子細線
及び（ロ）該単結晶基板と絶縁物層を介して形成された
少なくとも１つの電極が設置された量子細線装置。
装置を得る。 【構成】 単結晶基板に、（イ）該単結晶基板上にＶＬ
Ｓ成長法により形成された針状単結晶からなる量子細線
及び（ロ）該単結晶基板と絶縁物層を介して形成された
少なくとも１つの電極が設置された量子細線装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子デバイス等に使用
される半導体量子細線装置に関するものである。
される半導体量子細線装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、１次元電子をキャリアとして用いる
量子細線素子は、次世代の超高速素子として有望視され
ている。細線内では弾性散乱等が抑制されることから、
細線内の電子移動度は極めて高くなることが知られてい
る。（H.Sakaki:Jpn.J.Appl.Phys.19,L735-L738(1980)
）
量子細線素子は、次世代の超高速素子として有望視され
ている。細線内では弾性散乱等が抑制されることから、
細線内の電子移動度は極めて高くなることが知られてい
る。（H.Sakaki:Jpn.J.Appl.Phys.19,L735-L738(1980)
）
【０００３】従来、半導体量子細線の作成方法について
様々な提案がなされているが、まだ確立した方法はな
く、以下に従来の半導体量子細線の作成方法の一例を説
明する。図２は従来の半導体量子細線の作成方法を示す
工程図で、図２は細線の方向に対して垂直な断面図であ
る。図２の（ａ）に示すようにＧａＡｓ基板１１上に障
壁層１２（ＡｌＧａＡｓ層）と量子井戸層１３（ＧａＡ
ｓ層）からなる積層構造を形成する。次に電子ビーム露
光によって細線パターンのレジストマスク１４を形成し
たのちに、図２の（ｂ）に示すようにウェットケミカル
エッチングのサイドエッチングを利用して細線を形成す
る。次に図２の（ｃ）に示すようにレジストを除去した
のち埋め込み成長により量子細線１５を形成する。
様々な提案がなされているが、まだ確立した方法はな
く、以下に従来の半導体量子細線の作成方法の一例を説
明する。図２は従来の半導体量子細線の作成方法を示す
工程図で、図２は細線の方向に対して垂直な断面図であ
る。図２の（ａ）に示すようにＧａＡｓ基板１１上に障
壁層１２（ＡｌＧａＡｓ層）と量子井戸層１３（ＧａＡ
ｓ層）からなる積層構造を形成する。次に電子ビーム露
光によって細線パターンのレジストマスク１４を形成し
たのちに、図２の（ｂ）に示すようにウェットケミカル
エッチングのサイドエッチングを利用して細線を形成す
る。次に図２の（ｃ）に示すようにレジストを除去した
のち埋め込み成長により量子細線１５を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の方法では、レジストと基板との密着性が不十分なた
めサイドエッチングの制御性が悪いこと、電子ビーム露
光量にゆらぎが存在することから細線幅にゆらぎが存在
し、量子細線の効果が十分得られないという課題を有し
ていた。さらに、この方法では、基板面に対して同一方
向の量子細線しか得られず、基板面に対して垂直方向の
量子細線が得られず、電子放射用エミッター等の電子デ
バイスとしては、実用的でない欠点を有していた。本発
明は、電子放射用エミッター等の電子デバイスとして実
用可能な針状単結晶で、製法上の複雑さ及び細線幅のゆ
らぎを根本的に解決するもので、１次元電子の散乱等も
少なく、高移動度が実現可能で、基板面と垂直方向の量
子細線を構成してなる量子細線装置及びその製造方法を
提供することを目的とするものである。
来の方法では、レジストと基板との密着性が不十分なた
めサイドエッチングの制御性が悪いこと、電子ビーム露
光量にゆらぎが存在することから細線幅にゆらぎが存在
し、量子細線の効果が十分得られないという課題を有し
ていた。さらに、この方法では、基板面に対して同一方
向の量子細線しか得られず、基板面に対して垂直方向の
量子細線が得られず、電子放射用エミッター等の電子デ
バイスとしては、実用的でない欠点を有していた。本発
明は、電子放射用エミッター等の電子デバイスとして実
用可能な針状単結晶で、製法上の複雑さ及び細線幅のゆ
らぎを根本的に解決するもので、１次元電子の散乱等も
少なく、高移動度が実現可能で、基板面と垂直方向の量
子細線を構成してなる量子細線装置及びその製造方法を
提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
単結晶基板に、（イ）該単結晶基板上にＶＬＳ成長法に
より形成された針状単結晶の量子細線及び（ロ）該単結
晶基板と絶縁物層を介して形成された少なくとも１つの
電極が設置されたことを特徴とする量子細線装置であ
り、第２の発明は、量子細線装置の製造方法において、
（１）単結晶基板表面の所望の位置に、金属層のパター
ンを形成し、該パターン周辺の単結晶基板面をエッチン
グ処理し、（２）該単結晶を構成する元素を含む原料ガ
ス雰囲気内で、該パターン部の金属層に元素をとり込
み、針状単結晶を成長させ、（３）該単結晶基板表面に
絶縁物層を介して少なくとも１つの電極を形成し、
（４）該パターン部周辺の電極及び絶縁物層をエッチン
グにより除去する、の順序にて製造することを特徴とす
る量子細線装置の製造方法。であり、第３の発明は、量
子細線装置の製造方法において、（１）単結晶基板表面
に、絶縁物層を介して少なくとも１つの電極を積層し、
（２）エッチングにより電極及び絶縁物層の一部を除去
して、該単結晶基板面を露出させ、（３）該単結晶基板
の露出面の所望の位置に、金属層のパターンを形成し、
（４）該パターン周辺の単結晶基板面をエッチング処理
し、（５）該単結晶を構成する元素を含む原料ガス雰囲
気内で、該パターン部の金属層に元素を取り込み、針状
単結晶を成長させる、の順序にて製造することを特徴と
する量子細線装置の製造方法である。
単結晶基板に、（イ）該単結晶基板上にＶＬＳ成長法に
より形成された針状単結晶の量子細線及び（ロ）該単結
晶基板と絶縁物層を介して形成された少なくとも１つの
電極が設置されたことを特徴とする量子細線装置であ
り、第２の発明は、量子細線装置の製造方法において、
（１）単結晶基板表面の所望の位置に、金属層のパター
ンを形成し、該パターン周辺の単結晶基板面をエッチン
グ処理し、（２）該単結晶を構成する元素を含む原料ガ
ス雰囲気内で、該パターン部の金属層に元素をとり込
み、針状単結晶を成長させ、（３）該単結晶基板表面に
絶縁物層を介して少なくとも１つの電極を形成し、
（４）該パターン部周辺の電極及び絶縁物層をエッチン
グにより除去する、の順序にて製造することを特徴とす
る量子細線装置の製造方法。であり、第３の発明は、量
子細線装置の製造方法において、（１）単結晶基板表面
に、絶縁物層を介して少なくとも１つの電極を積層し、
（２）エッチングにより電極及び絶縁物層の一部を除去
して、該単結晶基板面を露出させ、（３）該単結晶基板
の露出面の所望の位置に、金属層のパターンを形成し、
（４）該パターン周辺の単結晶基板面をエッチング処理
し、（５）該単結晶を構成する元素を含む原料ガス雰囲
気内で、該パターン部の金属層に元素を取り込み、針状
単結晶を成長させる、の順序にて製造することを特徴と
する量子細線装置の製造方法である。
【０００６】まず、本発明で用いられるＶＬＳ成長法に
ついて説明する。この方法は、（R.S.Wagner and W. C.
Ellis:Appl. Phys Letters4 (1964) 89）に開示されて
いるものである。図３はかかる針状結晶の形成方法を説
明するための図である。図３（ａ）に示すように、表面
が（１１１）面であるシリコン単結晶基板１の所定の位
置にＡｕの層２を載置する。これをSiH4、SiCl4 などの
シリコンを含むガスの雰囲気の中でSi−Au合金の融点以
上に加熱する。Si−Au合金はその融点が低いため、Ａｕ
の層２は載置された部分にこの合金の液滴ができる。こ
の時、ガスの熱分解により、シリコンが雰囲気中より取
り込まれるが、液状体は他の固体状態に比べてシリコン
原子を取り込み易く、Si−Au合金の液滴中には次第にシ
リコンが過剰になる。この過剰シリコンはシリコン基板
１上にエピタキシャル成長し同図（ｂ）に示すように＜
１１１＞軸方向に沿って、頂部にSi−Au合金液滴５を有
しつつ、針状結晶３が成長する。また、針状結晶３は単
結晶であり、基板１の結晶方位と同一方位を有する。ま
た、針状結晶３の直径は、図３ー（Ｃ）に示す様に、針
状結晶３形成時に温度勾配をもたせる等により可変させ
ることができる。尚、以上の結晶成長機構はＶＬＳ（Va
por-liquid-Solid）成長と呼ばれており、以下ＶＬＳ成
長と記す。
ついて説明する。この方法は、（R.S.Wagner and W. C.
Ellis:Appl. Phys Letters4 (1964) 89）に開示されて
いるものである。図３はかかる針状結晶の形成方法を説
明するための図である。図３（ａ）に示すように、表面
が（１１１）面であるシリコン単結晶基板１の所定の位
置にＡｕの層２を載置する。これをSiH4、SiCl4 などの
シリコンを含むガスの雰囲気の中でSi−Au合金の融点以
上に加熱する。Si−Au合金はその融点が低いため、Ａｕ
の層２は載置された部分にこの合金の液滴ができる。こ
の時、ガスの熱分解により、シリコンが雰囲気中より取
り込まれるが、液状体は他の固体状態に比べてシリコン
原子を取り込み易く、Si−Au合金の液滴中には次第にシ
リコンが過剰になる。この過剰シリコンはシリコン基板
１上にエピタキシャル成長し同図（ｂ）に示すように＜
１１１＞軸方向に沿って、頂部にSi−Au合金液滴５を有
しつつ、針状結晶３が成長する。また、針状結晶３は単
結晶であり、基板１の結晶方位と同一方位を有する。ま
た、針状結晶３の直径は、図３ー（Ｃ）に示す様に、針
状結晶３形成時に温度勾配をもたせる等により可変させ
ることができる。尚、以上の結晶成長機構はＶＬＳ（Va
por-liquid-Solid）成長と呼ばれており、以下ＶＬＳ成
長と記す。
【０００７】本発明に用いられる単結晶基板としては、
Ｓｉ、ＬａＢ6 、Ｇｅ、α−Ａｌ2Ｏ3 、ＧａＡｓ、Ｇ
ａＰ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｂ、Ｓｅ、Ｉ
ｎＰ等の単結晶が表面に存在する基板で、均一厚さの薄
膜又は薄膜がパターン化された島状等の形状で存在する
基板が好ましい。単結晶基板の厚さの制限はなく、任意
の厚さのものが用いられる。具体的には、Ｓｉ、ＬａＢ
6 、ＧａＡｓ等の単結晶基板、ＳＯＩ基板及びＳＩＭＯ
Ｘ基板が特に好ましい。ＳＯＩ基板としては、Ｓｉ
Ｏ2 、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ），スピネル（Ｍｇ
ＡｌＯ3 ）等の絶縁性を有する単結晶基板の表面に熱処
理法にて、単結晶Ｓｉ層を張り合わせる方法又は絶縁性
基板の表面にＳｉ単結晶膜を形成する方法等による基板
がある。ＳＩＭＯＸ基板としては単結晶Ｓｉ基板に酸素
イオンを打ち込んで単結晶領域直下に酸化領域を形成す
る方法による基板がある。
Ｓｉ、ＬａＢ6 、Ｇｅ、α−Ａｌ2Ｏ3 、ＧａＡｓ、Ｇ
ａＰ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｂ、Ｓｅ、Ｉ
ｎＰ等の単結晶が表面に存在する基板で、均一厚さの薄
膜又は薄膜がパターン化された島状等の形状で存在する
基板が好ましい。単結晶基板の厚さの制限はなく、任意
の厚さのものが用いられる。具体的には、Ｓｉ、ＬａＢ
6 、ＧａＡｓ等の単結晶基板、ＳＯＩ基板及びＳＩＭＯ
Ｘ基板が特に好ましい。ＳＯＩ基板としては、Ｓｉ
Ｏ2 、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ），スピネル（Ｍｇ
ＡｌＯ3 ）等の絶縁性を有する単結晶基板の表面に熱処
理法にて、単結晶Ｓｉ層を張り合わせる方法又は絶縁性
基板の表面にＳｉ単結晶膜を形成する方法等による基板
がある。ＳＩＭＯＸ基板としては単結晶Ｓｉ基板に酸素
イオンを打ち込んで単結晶領域直下に酸化領域を形成す
る方法による基板がある。
【０００８】本発明の単結晶基板表面の所望の位置に、
パターンの金属層を形成する金属としては、針状単結晶
を構成する元素と合金を形成するもの、又は針状単結晶
よりも融点の低い金属が用いられる。これらは、基板上
で液滴を形成する金属であり、具体的には、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、及びＧａである。特に好ましく
はＡｕ、Ｐｔ及びＧａである。金属層のパターンの形状
に特に制限はないが、具体的には、円形、楕円形、四角
形及び多角形等である。パターンの形成はフォトリソグ
ラフ法、スパッター法、蒸着法、エッチング法などを組
み合わせることによって行われる。パターンの形状が円
形又はそれに近い場合を例にとれば、パターンの直径は
２０〜３０００Åが好ましく、アスペクト比（パターン
の厚み／パターンの直径）は０．１〜１０の範囲が好ま
しい。
パターンの金属層を形成する金属としては、針状単結晶
を構成する元素と合金を形成するもの、又は針状単結晶
よりも融点の低い金属が用いられる。これらは、基板上
で液滴を形成する金属であり、具体的には、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、及びＧａである。特に好ましく
はＡｕ、Ｐｔ及びＧａである。金属層のパターンの形状
に特に制限はないが、具体的には、円形、楕円形、四角
形及び多角形等である。パターンの形成はフォトリソグ
ラフ法、スパッター法、蒸着法、エッチング法などを組
み合わせることによって行われる。パターンの形状が円
形又はそれに近い場合を例にとれば、パターンの直径は
２０〜３０００Åが好ましく、アスペクト比（パターン
の厚み／パターンの直径）は０．１〜１０の範囲が好ま
しい。
【０００９】本発明のレジスト、金属層及び基板のエッ
チング処理方法としては、ドライエッチング法が好まし
く、イオンビーム法等のドライエッチング処理方法が好
ましい。本発明における単結晶基板のエッチング量は、
位置精度、キンク及びブランチ等を考慮すると、一般的
に２０Å以上であり、エッチングにより形成される台形
部（凸状部）は、単結晶の位置精度を保つため及び単結
晶の成長の安定性のため必要である。
チング処理方法としては、ドライエッチング法が好まし
く、イオンビーム法等のドライエッチング処理方法が好
ましい。本発明における単結晶基板のエッチング量は、
位置精度、キンク及びブランチ等を考慮すると、一般的
に２０Å以上であり、エッチングにより形成される台形
部（凸状部）は、単結晶の位置精度を保つため及び単結
晶の成長の安定性のため必要である。
【００１０】本発明の針状単結晶としては、ＶＬＳ成長
によって形成できるものが挙げられる。具体的には、Ｓ
ｉ、ＬａＢ6 、Ｇｅ、α−Ａｌ2 Ｏ3 、ＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ，ＡｌＮ、Ｂ、Ｓｅ、Ｉｎ
Ｐ等である。特に好ましくはＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、
ＩｎＰ及びＬａＢ6 である。本発明の針状単結晶は、基
板表面に、直立的に配置されてなることが好ましいが、
必ずしも直立でなくてもよい。又、針状単結晶は、根本
よりも先端が細くなった形状のもの及び柱状が好まし
く、特に根本よりも先端が細くなった形状のものが好ま
しい。また、先端が細くなった形状のものは、針状結晶
の形成時に温度勾配をもたせる等により形成することが
できる。ＶＬＳ成長法により形成された針状単結晶は上
端部にパターンとして配置された金属と単結晶との合金
が存在する。この合金が存在したままでも量子細線とし
て使用できるが、エッチング処理等で合金を除去して、
量子細線として使用することが好ましい。
によって形成できるものが挙げられる。具体的には、Ｓ
ｉ、ＬａＢ6 、Ｇｅ、α−Ａｌ2 Ｏ3 、ＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ，ＡｌＮ、Ｂ、Ｓｅ、Ｉｎ
Ｐ等である。特に好ましくはＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、
ＩｎＰ及びＬａＢ6 である。本発明の針状単結晶は、基
板表面に、直立的に配置されてなることが好ましいが、
必ずしも直立でなくてもよい。又、針状単結晶は、根本
よりも先端が細くなった形状のもの及び柱状が好まし
く、特に根本よりも先端が細くなった形状のものが好ま
しい。また、先端が細くなった形状のものは、針状結晶
の形成時に温度勾配をもたせる等により形成することが
できる。ＶＬＳ成長法により形成された針状単結晶は上
端部にパターンとして配置された金属と単結晶との合金
が存在する。この合金が存在したままでも量子細線とし
て使用できるが、エッチング処理等で合金を除去して、
量子細線として使用することが好ましい。
【００１１】針状単結晶は前記パターンに対応して形成
されるもので、針状単結晶の高さは時間、温度、Ａｕの
量によって自由に制御できるため、針状単結晶の形状
は、任意の形状のものが形成できる。その直径は２００
０Å以下であり、特に好ましくは２０〜１０００Åであ
り、その断面積は０．０３μｍ2 以下である。本発明の
ＶＬＳ成長法による針状単結晶は、選択成長による単結
晶に比べ、所望の位置に対する位置精度がすぐれている
ため、針状単結晶のピッチ間距離を小さくできる利点が
ある。
されるもので、針状単結晶の高さは時間、温度、Ａｕの
量によって自由に制御できるため、針状単結晶の形状
は、任意の形状のものが形成できる。その直径は２００
０Å以下であり、特に好ましくは２０〜１０００Åであ
り、その断面積は０．０３μｍ2 以下である。本発明の
ＶＬＳ成長法による針状単結晶は、選択成長による単結
晶に比べ、所望の位置に対する位置精度がすぐれている
ため、針状単結晶のピッチ間距離を小さくできる利点が
ある。
【００１２】本発明の単結晶基板表面に絶縁物層を形成
する方法は、基板表面にＳｉＯ2 からなる絶縁膜をＣＶ
Ｄ法等により堆積する方法、単結晶基板表面を酸素雰囲
気で常温又は加熱にて酸化する方法等が用いられる。絶
縁層の厚さは２０Å以上好ましくは５０Å以上である。
又、絶縁層を所定のパターンにエッチングする方法はフ
ォトリソグラフ法及びスパッター法等が用いられる。
する方法は、基板表面にＳｉＯ2 からなる絶縁膜をＣＶ
Ｄ法等により堆積する方法、単結晶基板表面を酸素雰囲
気で常温又は加熱にて酸化する方法等が用いられる。絶
縁層の厚さは２０Å以上好ましくは５０Å以上である。
又、絶縁層を所定のパターンにエッチングする方法はフ
ォトリソグラフ法及びスパッター法等が用いられる。
【００１３】本発明の電極は、単結晶基板表面に絶縁物
層を介して少なくとも１つが設置され、必要に応じて、
複数個設置される。電極を形成する材料は、導電性を有
するものであればよく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍ
ｏ、Ｗ及びＴａである。通常、電極は、絶縁物層を介
し、基板とほぼ平行な層状に形成されるが、設計によ
り、平行な層状に形成できない場合は、かならずしも層
状でなくてもよい。本発明の量子細線装置は、量子効果
を利用した半導体量子細線や量子細線を用いたデバイス
並びに針状の電子放出材料を用いた電子デバイス（電子
放出用エミッター）、フラットパネルヂスプレイなどに
使用できる。
層を介して少なくとも１つが設置され、必要に応じて、
複数個設置される。電極を形成する材料は、導電性を有
するものであればよく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍ
ｏ、Ｗ及びＴａである。通常、電極は、絶縁物層を介
し、基板とほぼ平行な層状に形成されるが、設計によ
り、平行な層状に形成できない場合は、かならずしも層
状でなくてもよい。本発明の量子細線装置は、量子効果
を利用した半導体量子細線や量子細線を用いたデバイス
並びに針状の電子放出材料を用いた電子デバイス（電子
放出用エミッター）、フラットパネルヂスプレイなどに
使用できる。
【００１４】
【作用】本発明の手段により単結晶基板表面に設けた半
導体量子細線は、それ自身、均一な針状単結晶からなる
細線を有し、絶縁層を介して電極を形成することにより
電子放射用エミッター等として使用できる。本発明の針
状結晶は先端が鋭角であるため、エミッターとして使用
した場合、電子の放射効率を上げることである。
導体量子細線は、それ自身、均一な針状単結晶からなる
細線を有し、絶縁層を介して電極を形成することにより
電子放射用エミッター等として使用できる。本発明の針
状結晶は先端が鋭角であるため、エミッターとして使用
した場合、電子の放射効率を上げることである。
【００１５】以下実施例により本発明を詳細に説明す
る。
る。
【００１６】
実施例１ 以下、図１を用いて説明する。＜１１１＞方位の厚さ５
００μｍのシリコン単結晶基板１上に、スパッター法で
Ａｕ薄膜層６を形成し、レジスト７を塗布した（図１ー
（ａ））。フォトリソグラフィー法にてパターンを形成
し、ＥＢのドライエッチングを行い、Ａｕ薄膜層をエッ
チングした。次に、シリコン単結晶基板を３０Åエッチ
ングする。その後、レジスト剥離を行い、Ａｕパターン
を形成した（図１ー（ｂ））。形成されたＡｕパターン
８は、直径３００Å、厚み５０Åであった。このＡｕパ
ターンの位置に、後に述べる工程で針状単結晶が形成さ
れる。その結果、台形部９に残ったＳｉ上部の直径は３
２０Åであった。このように多数のＡｕをパターン化し
た基板を反応管内で９５０℃に加熱し、四塩化珪素と水
素の混合ガス（四塩化珪素／水素ガスのモル比＝０．０
２）を流し、Ａｕパターンの位置に直立的に、針状単結
晶を形成した（図１ー（ｃ））。次に、基板面にＣＶＤ
法により、ＳｉＯ2 の絶縁物層１０を１．０μｍの厚さ
に形成する。次に、０．１μｍのＡｕ薄膜をスパッター
法にて形成し電極層１７（引き出し電極）とした（図１
ー（ｄ））。その後、Ａｕパターン周辺のＡｕ薄膜及び
ＳｉＯ2 絶縁物層をフォトリソグラフィー法により、円
形（直径２μｍ）にエッチングした（図１ー（ｅ））。
このようにして得られた針状単結晶は、ＳＥＭ観察（１
００００倍）の結果、土台部、針状単結晶部及び先端金
属層部からなり、１／２高さの直径が１７０Å、高さが
０．７μｍであった。微細な針状単結晶の随伴は認めら
れず、所望のＡｕパターンの位置に対し、得られた針状
結晶の位置は同一の位置であり、キンク（折れ曲が
り）、ブランチ（枝別れ）は認められなかった。さら
に、エッチングで先端のＡｕ−Ｓｉ合金を除去して、量
子細線装置を得た（図１ー（ｆ））。上記から明らかの
ように、ＶＬＳ成長法により形成された針状単結晶は、
極めて幅の狭いシリコン細線であり、電子放出用エミッ
ターとして使用可能であった。
００μｍのシリコン単結晶基板１上に、スパッター法で
Ａｕ薄膜層６を形成し、レジスト７を塗布した（図１ー
（ａ））。フォトリソグラフィー法にてパターンを形成
し、ＥＢのドライエッチングを行い、Ａｕ薄膜層をエッ
チングした。次に、シリコン単結晶基板を３０Åエッチ
ングする。その後、レジスト剥離を行い、Ａｕパターン
を形成した（図１ー（ｂ））。形成されたＡｕパターン
８は、直径３００Å、厚み５０Åであった。このＡｕパ
ターンの位置に、後に述べる工程で針状単結晶が形成さ
れる。その結果、台形部９に残ったＳｉ上部の直径は３
２０Åであった。このように多数のＡｕをパターン化し
た基板を反応管内で９５０℃に加熱し、四塩化珪素と水
素の混合ガス（四塩化珪素／水素ガスのモル比＝０．０
２）を流し、Ａｕパターンの位置に直立的に、針状単結
晶を形成した（図１ー（ｃ））。次に、基板面にＣＶＤ
法により、ＳｉＯ2 の絶縁物層１０を１．０μｍの厚さ
に形成する。次に、０．１μｍのＡｕ薄膜をスパッター
法にて形成し電極層１７（引き出し電極）とした（図１
ー（ｄ））。その後、Ａｕパターン周辺のＡｕ薄膜及び
ＳｉＯ2 絶縁物層をフォトリソグラフィー法により、円
形（直径２μｍ）にエッチングした（図１ー（ｅ））。
このようにして得られた針状単結晶は、ＳＥＭ観察（１
００００倍）の結果、土台部、針状単結晶部及び先端金
属層部からなり、１／２高さの直径が１７０Å、高さが
０．７μｍであった。微細な針状単結晶の随伴は認めら
れず、所望のＡｕパターンの位置に対し、得られた針状
結晶の位置は同一の位置であり、キンク（折れ曲が
り）、ブランチ（枝別れ）は認められなかった。さら
に、エッチングで先端のＡｕ−Ｓｉ合金を除去して、量
子細線装置を得た（図１ー（ｆ））。上記から明らかの
ように、ＶＬＳ成長法により形成された針状単結晶は、
極めて幅の狭いシリコン細線であり、電子放出用エミッ
ターとして使用可能であった。
【００１７】実施例２ ＜１１１＞方位の厚さ５００μｍのシリコン単結晶基板
１上に、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2 の絶縁物層１０を
０．５μｍの厚さに形成する。さらに、スパッター法で
絶縁物層１０の上にＡｕ電極層１７（ゲート電極）を
０．１μｍの厚さに形成し、さらに、ＳｉＯ2 の絶縁物
層１０を０．３μｍの厚さに形成し、スパッター法で絶
縁物層１０の上にＡｕ電極層１７（アノード電極）を
０．１μｍの厚さに形成した（図４ー（ａ））。次に、
フォトリソグラフィー法により、ＳｉＯ 2 の絶縁物層及
びＡｕ電極層１７を円形（直径２μｍ）にエッチング
し、単結晶露出部を１０μｍの距離をおいて格子状に設
けた（図４ー（ｂ））。次に、単結晶露出部にスパッタ
ー法でＡｕ薄膜層６を形成する（図４ー（ｃ））。レジ
ストを塗布し、フォトリソグラフィー法にて各単結晶露
出部に１個ずつのパターンを形成し、ＥＢのドライエッ
チングを行い、Ａｕ薄膜層をエッチングし、次に、シリ
コン単結晶基板を３０Åエッチングし、その後、レジス
ト剥離を行い、Ａｕパターンを形成した（図４ー
（ｄ））。形成されたＡｕパターン８は、直径３００
Å、厚み５０Åであった。このＡｕパターンの位置に、
後に述べる工程で針状単結晶が形成される。その結果、
台形部９に残ったＳｉ上部の直径は３２０Åであった。
このように多数のＡｕをパターン化した基板を反応管内
で９５０℃に加熱し、四塩化珪素と水素の混合ガス（四
塩化珪素／水素ガスのモル比＝０．０２）を流し、Ａｕ
パターンの位置に直立的に、針状単結晶を形成した。こ
のようにして得られた針状単結晶は、ＳＥＭ観察（１０
０００倍）の結果、土台部、針状単結晶部及び先端金属
層部からなり、１／２高さの直径が１６０Å、高さが
０．４μｍであった。微細な針状単結晶の随伴は認めら
れず、また所望のＡｕパターンの位置に対し、得られた
針状結晶の位置は同一の位置であり、キンク（折れ曲が
り）、ブランチ（枝別れ）は認められなかった（図４ー
（ｅ））。さらに、エッチングで先端のＡｕ−Ｓｉ合金
を除去して、量子細線装置を得た。（図４ー（ｆ））上
記から明らかのように、ＶＬＳ成長法により形成された
針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン細線であり、電
子放出用エミッターとして使用可能であった。
１上に、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2 の絶縁物層１０を
０．５μｍの厚さに形成する。さらに、スパッター法で
絶縁物層１０の上にＡｕ電極層１７（ゲート電極）を
０．１μｍの厚さに形成し、さらに、ＳｉＯ2 の絶縁物
層１０を０．３μｍの厚さに形成し、スパッター法で絶
縁物層１０の上にＡｕ電極層１７（アノード電極）を
０．１μｍの厚さに形成した（図４ー（ａ））。次に、
フォトリソグラフィー法により、ＳｉＯ 2 の絶縁物層及
びＡｕ電極層１７を円形（直径２μｍ）にエッチング
し、単結晶露出部を１０μｍの距離をおいて格子状に設
けた（図４ー（ｂ））。次に、単結晶露出部にスパッタ
ー法でＡｕ薄膜層６を形成する（図４ー（ｃ））。レジ
ストを塗布し、フォトリソグラフィー法にて各単結晶露
出部に１個ずつのパターンを形成し、ＥＢのドライエッ
チングを行い、Ａｕ薄膜層をエッチングし、次に、シリ
コン単結晶基板を３０Åエッチングし、その後、レジス
ト剥離を行い、Ａｕパターンを形成した（図４ー
（ｄ））。形成されたＡｕパターン８は、直径３００
Å、厚み５０Åであった。このＡｕパターンの位置に、
後に述べる工程で針状単結晶が形成される。その結果、
台形部９に残ったＳｉ上部の直径は３２０Åであった。
このように多数のＡｕをパターン化した基板を反応管内
で９５０℃に加熱し、四塩化珪素と水素の混合ガス（四
塩化珪素／水素ガスのモル比＝０．０２）を流し、Ａｕ
パターンの位置に直立的に、針状単結晶を形成した。こ
のようにして得られた針状単結晶は、ＳＥＭ観察（１０
０００倍）の結果、土台部、針状単結晶部及び先端金属
層部からなり、１／２高さの直径が１６０Å、高さが
０．４μｍであった。微細な針状単結晶の随伴は認めら
れず、また所望のＡｕパターンの位置に対し、得られた
針状結晶の位置は同一の位置であり、キンク（折れ曲が
り）、ブランチ（枝別れ）は認められなかった（図４ー
（ｅ））。さらに、エッチングで先端のＡｕ−Ｓｉ合金
を除去して、量子細線装置を得た。（図４ー（ｆ））上
記から明らかのように、ＶＬＳ成長法により形成された
針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン細線であり、電
子放出用エミッターとして使用可能であった。
【００１８】実施例３ 実施例２において、＜１１１＞方位の厚さ５００μｍの
シリコン単結晶基板にかえて、ＧａＡｓ単結晶基板を用
い、四塩化珪素と水素の混合ガスにかえて、トリメチル
ガリウムとアルシンの混合ガスを用い、４５０〜５５０
℃に加熱し、ＧａＡｓ針状単結晶を形成した以外は同様
におこなった。ＶＬＳ成長法により形成された針状単結
晶は、極めて幅の狭いシリコン細線であり、電子放出用
エミッターとして使用可能であった。
シリコン単結晶基板にかえて、ＧａＡｓ単結晶基板を用
い、四塩化珪素と水素の混合ガスにかえて、トリメチル
ガリウムとアルシンの混合ガスを用い、４５０〜５５０
℃に加熱し、ＧａＡｓ針状単結晶を形成した以外は同様
におこなった。ＶＬＳ成長法により形成された針状単結
晶は、極めて幅の狭いシリコン細線であり、電子放出用
エミッターとして使用可能であった。
【００１９】比較例１ 実施例１においてＡｕパターンを設置しなかった以外は
同様に行った。針状単結晶が形成されなかった。
同様に行った。針状単結晶が形成されなかった。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明にて、単結晶基板
に、（イ）該単結晶基板上にＶＬＳ成長法により形成さ
れた針状単結晶の量子細線及び（ロ）該単結晶基板と絶
縁物層を介して形成された少なくとも１つの電極が設置
された量子細線装置が得られる。
に、（イ）該単結晶基板上にＶＬＳ成長法により形成さ
れた針状単結晶の量子細線及び（ロ）該単結晶基板と絶
縁物層を介して形成された少なくとも１つの電極が設置
された量子細線装置が得られる。
【図１】本発明の量子細線装置の製法を示す図である。
【図２】従来の半導体量子細線の作成方法を示す工程図
【図３】従来のＶＬＳ成長法の工程を示す図である。
【図４】本発明の量子細線装置の製法を示す図である。
【符号の説明】 １ シリコン単結晶基板 ２ Ａｕの層 ３ 針状結晶 ５ ＳｉーＡｕ合金液滴 ６ Ａｕ溥膜層 ７ レジスト ８ Ａｕパターン ９ 台形部 １１ ＧａＡｓ基板 １２ 障壁層（ＡｌＧａＡｓ層） １３ 量子井戸層（ＧａＡｓ層） １４ レジストマスク １５ 量子細線 １６ 埋め込み層 １７ 電極層（電極）
Claims (3)
- 【請求項１】 単結晶基板に、（イ）該単結晶基板上に
ＶＬＳ成長法により形成された針状単結晶の量子細線及
び（ロ）該単結晶基板と絶縁物層を介して形成された少
なくとも１つの電極が設置されたことを特徴とする量子
細線装置。 - 【請求項２】 量子細線装置の製造方法において、 （１）単結晶基板表面の所望の位置に、金属層のパター
ンを形成し、該パターン周辺の単結晶基板面をエッチン
グ処理し、 （２）該単結晶を構成する元素を含む原料ガス雰囲気内
で、該パターン部の金属層に元素をとり込み、針状単結
晶を成長させ、 （３）該単結晶基板表面に絶縁物層を介して少なくとも
１つの電極を形成し、 （４）該パターン部周辺の電極及び絶縁物層をエッチン
グにより除去する、 の順序にて製造することを特徴とする量子細線装置の製
造方法。 - 【請求項３】 量子細線装置の製造方法において、 （１）単結晶基板表面に、絶縁物層を介して少なくとも
１つの電極を積層し、 （２）エッチングにより電極及び絶縁物層の一部を除去
して、該単結晶基板面を露出させ、 （３）該単結晶基板の露出面の所望の位置に、金属層の
パターンを形成し、 （４）該パターン周辺の単結晶基板面をエッチング処理
し、 （５）該単結晶を構成する元素を含む原料ガス雰囲気内
で、該パターン部の金属層に元素を取り込み、針状単結
晶を成長させる、 の順序にて製造することを特徴とする量子細線装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32395493A JPH07183485A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 量子細線装置及び製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32395493A JPH07183485A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 量子細線装置及び製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07183485A true JPH07183485A (ja) | 1995-07-21 |
Family
ID=18160488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32395493A Pending JPH07183485A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 量子細線装置及び製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07183485A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5765049A (en) * | 1995-06-26 | 1998-06-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical apparatus having lens system change-over mechanism |
| JP2005191171A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 三次元閉じ込め量子ナノ構造体及びその製造方法 |
| JP2006005205A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多孔構造体及びその製造方法 |
| JP2009269170A (ja) * | 2001-03-30 | 2009-11-19 | Univ California | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
| JP2010283381A (ja) * | 2010-08-26 | 2010-12-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ヘテロ構造の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP32395493A patent/JPH07183485A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5765049A (en) * | 1995-06-26 | 1998-06-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical apparatus having lens system change-over mechanism |
| JP2009269170A (ja) * | 2001-03-30 | 2009-11-19 | Univ California | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
| JP2010167560A (ja) * | 2001-03-30 | 2010-08-05 | Regents Of The Univ Of California | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
| US7834264B2 (en) | 2001-03-30 | 2010-11-16 | The Regents Of The University Of California | Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom |
| JP2011093090A (ja) * | 2001-03-30 | 2011-05-12 | Regents Of The Univ Of California | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
| US9881999B2 (en) | 2001-03-30 | 2018-01-30 | The Regents Of The University Of California | Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom |
| JP2005191171A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 三次元閉じ込め量子ナノ構造体及びその製造方法 |
| JP4563026B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2010-10-13 | 日本電信電話株式会社 | 三次元閉じ込め量子ナノ構造体の製造方法 |
| JP2006005205A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多孔構造体及びその製造方法 |
| JP2010283381A (ja) * | 2010-08-26 | 2010-12-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ヘテロ構造の製造方法 |
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