JPH10135444A - 量子細線の製造方法 - Google Patents
量子細線の製造方法Info
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- JPH10135444A JPH10135444A JP30251296A JP30251296A JPH10135444A JP H10135444 A JPH10135444 A JP H10135444A JP 30251296 A JP30251296 A JP 30251296A JP 30251296 A JP30251296 A JP 30251296A JP H10135444 A JPH10135444 A JP H10135444A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 直径が十分に小さく十分な量子効果が得られ
るシリコン量子細線を形成することができる量子細線の
製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板１１を加熱しつつ金を０．
６ｎｍの膜厚で蒸着し表面に溶融化合物合金滴を形成す
る。次いで、圧力が０．５Ｔｏｒｒ未満のシランガス雰
囲気中においてシリコン基板１１を４５０℃以上６５０
℃以下に加熱する。これにより溶融化合物合金を触媒と
してシランガスの分解反応が起こり、シリコン基板１１
の表面にシリコン細線１３が成長する。続いて、シリコ
ン細線１３の先端の合金滴を除去し（ａ参照）、シリコ
ン細線１３の表層部を酸化する（ｂ参照）。そののち、
表層部の酸化膜１３ａを除去する（ｃ参照）。これによ
り酸化膜１３ａの分だけ細くなったシリコン量子細線１
３ｂが得られる。
るシリコン量子細線を形成することができる量子細線の
製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板１１を加熱しつつ金を０．
６ｎｍの膜厚で蒸着し表面に溶融化合物合金滴を形成す
る。次いで、圧力が０．５Ｔｏｒｒ未満のシランガス雰
囲気中においてシリコン基板１１を４５０℃以上６５０
℃以下に加熱する。これにより溶融化合物合金を触媒と
してシランガスの分解反応が起こり、シリコン基板１１
の表面にシリコン細線１３が成長する。続いて、シリコ
ン細線１３の先端の合金滴を除去し（ａ参照）、シリコ
ン細線１３の表層部を酸化する（ｂ参照）。そののち、
表層部の酸化膜１３ａを除去する（ｃ参照）。これによ
り酸化膜１３ａの分だけ細くなったシリコン量子細線１
３ｂが得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板の表
面にシリコン細線を成長させることによりシリコン量子
細線を形成する量子細線の製造方法に関する。
面にシリコン細線を成長させることによりシリコン量子
細線を形成する量子細線の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】量子細線は、そのナノメータサイズの効
果によってバルクとは異なった新しい物性を得ることが
できる。例えば、シリコン（Ｓｉ）量子細線は、図５に
示したように、細線径が小さくなるに従ってバンドギャ
ップが大きくなる。しかもバルクでは間接遷移型バンド
ギャップを持っている材料が、直接遷移型バンドギャッ
プを持った材料に変化する。これにより、シリコン量子
細線では、励起された電子−正孔の再結合発光効率は著
しく増加し、発光波長も短波長側にシフトして可視光発
光が可能になる。
果によってバルクとは異なった新しい物性を得ることが
できる。例えば、シリコン（Ｓｉ）量子細線は、図５に
示したように、細線径が小さくなるに従ってバンドギャ
ップが大きくなる。しかもバルクでは間接遷移型バンド
ギャップを持っている材料が、直接遷移型バンドギャッ
プを持った材料に変化する。これにより、シリコン量子
細線では、励起された電子−正孔の再結合発光効率は著
しく増加し、発光波長も短波長側にシフトして可視光発
光が可能になる。
【０００３】このような物性を得ることができるシリコ
ン量子細線は、従来、シリコン基板を電子ビームリソグ
ラフィなどの方法を用いてエッチングすることにより製
造されていた。しかし、この方法では広い領域にわたっ
て形状のそろったシリコン量子細線を集積して製造する
ことが難しい。
ン量子細線は、従来、シリコン基板を電子ビームリソグ
ラフィなどの方法を用いてエッチングすることにより製
造されていた。しかし、この方法では広い領域にわたっ
て形状のそろったシリコン量子細線を集積して製造する
ことが難しい。
【０００４】そこで、ＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉ
ｄ−Ｓｏｌｉｄ）法（E. I. Givargizov, J.Vac.Sci.Te
chno.B11(2), p.449参照）を用いてシリコン基板に直接
シリコン量子細線を多数成長させる方法が提案されてい
る。これは、シリコン基板に金（Ａｕ）を蒸着してシリ
コン基板の表面にシリコンと金との溶融合金滴を形成し
た後、シリコンの原料ガスを供給しつつ加熱してシリコ
ン量子細線を成長させる方法である（Wagner et al., A
ppl. Phys. Lett. 4, no. 5, 89 (1964), Givargizov,
J. Cryst. Growth, 31, 20 (1975) 参照）。
ｄ−Ｓｏｌｉｄ）法（E. I. Givargizov, J.Vac.Sci.Te
chno.B11(2), p.449参照）を用いてシリコン基板に直接
シリコン量子細線を多数成長させる方法が提案されてい
る。これは、シリコン基板に金（Ａｕ）を蒸着してシリ
コン基板の表面にシリコンと金との溶融合金滴を形成し
た後、シリコンの原料ガスを供給しつつ加熱してシリコ
ン量子細線を成長させる方法である（Wagner et al., A
ppl. Phys. Lett. 4, no. 5, 89 (1964), Givargizov,
J. Cryst. Growth, 31, 20 (1975) 参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で成長させたシリコン量子細線の直径は１０〜１００
ｎｍ程度であり、この太さでは充分な量子効果を得るこ
とができないという問題があった。
法で成長させたシリコン量子細線の直径は１０〜１００
ｎｍ程度であり、この太さでは充分な量子効果を得るこ
とができないという問題があった。
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、直径が小さく充分な量子効果を有す
る量子細線の製造方法を提供することにある。
ので、その目的は、直径が小さく充分な量子効果を有す
る量子細線の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る量子細線の
製造方法は、シリコン基板の上にシリコン原料ガスの分
解反応において触媒となる金属を蒸着する蒸着工程と、
金属を蒸着したシリコン基板をシリコン原料ガス含有雰
囲気中において加熱し金属を触媒としてシリコン原料ガ
スを分解しシリコン基板の表面にシリコン細線を成長さ
せる細線成長工程と、成長させたシリコン細線を酸化し
て表層部に酸化膜を形成すると共に中心部にシリコン量
子細線を形成する酸化工程と、シリコン細線の先端の金
属を除去する金属除去工程と、シリコン細線の表層部の
酸化膜を除去する酸化膜除去工程とを含むものである。
製造方法は、シリコン基板の上にシリコン原料ガスの分
解反応において触媒となる金属を蒸着する蒸着工程と、
金属を蒸着したシリコン基板をシリコン原料ガス含有雰
囲気中において加熱し金属を触媒としてシリコン原料ガ
スを分解しシリコン基板の表面にシリコン細線を成長さ
せる細線成長工程と、成長させたシリコン細線を酸化し
て表層部に酸化膜を形成すると共に中心部にシリコン量
子細線を形成する酸化工程と、シリコン細線の先端の金
属を除去する金属除去工程と、シリコン細線の表層部の
酸化膜を除去する酸化膜除去工程とを含むものである。
【０００８】本発明に係る量子細線の製造方法では、ま
ず、シリコン基板の上にシリコン原料ガスの分解反応に
おいて触媒となる金属を蒸着し、そののち、シリコン原
料ガス含有雰囲気中において加熱する。これにより、シ
リコン基板の上に蒸着した金属が凝集してシリコンと金
属との溶融合金滴を形成すると共に、この溶融化合物合
金滴においてシリコン原料ガスの分解反応が選択的に起
こりシリコン基板の上にシリコン細線が成長する。次い
で、このシリコン細線を酸化し表層部に酸化膜を形成す
る。これにより、シリコン細線の中心部に直径が小さい
シリコン量子細線が形成される。従って、シリコン細線
の先端の金属と表層部の酸化膜を適宜除去することによ
り、直径が小さいシリコン量子細線が得られる。
ず、シリコン基板の上にシリコン原料ガスの分解反応に
おいて触媒となる金属を蒸着し、そののち、シリコン原
料ガス含有雰囲気中において加熱する。これにより、シ
リコン基板の上に蒸着した金属が凝集してシリコンと金
属との溶融合金滴を形成すると共に、この溶融化合物合
金滴においてシリコン原料ガスの分解反応が選択的に起
こりシリコン基板の上にシリコン細線が成長する。次い
で、このシリコン細線を酸化し表層部に酸化膜を形成す
る。これにより、シリコン細線の中心部に直径が小さい
シリコン量子細線が形成される。従って、シリコン細線
の先端の金属と表層部の酸化膜を適宜除去することによ
り、直径が小さいシリコン量子細線が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】図１および図２は本発明の一実施の形態に
係る量子細線の製造方法を表すものである。この実施の
形態においては、まず、図１（ａ）に示したように、例
えば比抵抗が０．４〜４Ωｃｍの（１１１）シリコン
（Ｓｉ）基板１１を図示しない真空容器内に挿入して、
例えば５×１０-8Ｔｏｒｒの真空度において１０００℃
で加熱し表面の清浄化を行う。
係る量子細線の製造方法を表すものである。この実施の
形態においては、まず、図１（ａ）に示したように、例
えば比抵抗が０．４〜４Ωｃｍの（１１１）シリコン
（Ｓｉ）基板１１を図示しない真空容器内に挿入して、
例えば５×１０-8Ｔｏｒｒの真空度において１０００℃
で加熱し表面の清浄化を行う。
【００１１】次いで、図１（ｂ）に示したように、この
シリコン基板１１を４５０℃以上に加熱し、表面にシリ
コン原料ガスの分解反応において触媒となる金属である
金（Ａｕ）１２を例えば０．６ｎｍ蒸着する（蒸着工
程）。シリコン基板１１の加熱は、例えばシリコン基板
１１の長軸に沿って直流電流を流して行い、好ましく
は、４５０℃以上６５０℃以下で加熱する。また、金１
２の蒸着は、例えばタングステン（Ｗ）フィラメントを
用いて行う。これにより、金１２はシリコン基板１１の
表面のシリコンを一部溶解し、凝集して、図１（ｃ）に
示したように、溶融合金滴１２ａを形成する。
シリコン基板１１を４５０℃以上に加熱し、表面にシリ
コン原料ガスの分解反応において触媒となる金属である
金（Ａｕ）１２を例えば０．６ｎｍ蒸着する（蒸着工
程）。シリコン基板１１の加熱は、例えばシリコン基板
１１の長軸に沿って直流電流を流して行い、好ましく
は、４５０℃以上６５０℃以下で加熱する。また、金１
２の蒸着は、例えばタングステン（Ｗ）フィラメントを
用いて行う。これにより、金１２はシリコン基板１１の
表面のシリコンを一部溶解し、凝集して、図１（ｃ）に
示したように、溶融合金滴１２ａを形成する。
【００１２】なお、この蒸着工程において蒸着する金１
２の厚さを０．６ｎｍと薄くしているのは、溶融合金滴
１２ａの大きさを小さくすることにより後述する細線成
長工程で成長させるシリコン細線１３（図１（ｄ）参
照）の太さを細くするためである。
２の厚さを０．６ｎｍと薄くしているのは、溶融合金滴
１２ａの大きさを小さくすることにより後述する細線成
長工程で成長させるシリコン細線１３（図１（ｄ）参
照）の太さを細くするためである。
【００１３】続いて、図１（ｄ）に示したように、シリ
コン基板１１を４５０℃以上（好ましくは４５０℃以上
６５０℃以下）に加熱しながら、例えばシラン（ＳｉＨ
4 ）ガスをシリコン原料ガスとして図示しない真空容器
内に導入する（細線成長工程）。導入するシランガスの
量は、例えば図示しない真空容器内におけるシランガス
の圧力が０．５Ｔｏｒｒ未満となるように調節する。な
お、好ましくは、０．１５Ｔｏｒｒ以下となるように調
節する。
コン基板１１を４５０℃以上（好ましくは４５０℃以上
６５０℃以下）に加熱しながら、例えばシラン（ＳｉＨ
4 ）ガスをシリコン原料ガスとして図示しない真空容器
内に導入する（細線成長工程）。導入するシランガスの
量は、例えば図示しない真空容器内におけるシランガス
の圧力が０．５Ｔｏｒｒ未満となるように調節する。な
お、好ましくは、０．１５Ｔｏｒｒ以下となるように調
節する。
【００１４】これにより、シランガスは、溶融合金滴１
２ａを触媒として式１に示した分解反応により分解しシ
リコンを生ずる。溶融合金滴１２ａのないシリコン基板
１１の表面１１ａにおいては、シランガスの分解反応が
起こらない。
２ａを触媒として式１に示した分解反応により分解しシ
リコンを生ずる。溶融合金滴１２ａのないシリコン基板
１１の表面１１ａにおいては、シランガスの分解反応が
起こらない。
【式１】ＳｉＨ4 →Ｓｉ＋２Ｈ2
【００１５】シランガスから分解したシリコンは溶融合
金滴１２ａの中に拡散し、溶融合金滴１２ａとシリコン
基板１１との界面にエピタキシャル結合する。これによ
り、図１（ｄ）に示したように、直径が約１０〜１００
ｎｍのシリコン細線１３がシリコン基板１１の上に成長
する。このシリコン細線１３の直径は、溶融合金滴１２
ａの直径により決定される。
金滴１２ａの中に拡散し、溶融合金滴１２ａとシリコン
基板１１との界面にエピタキシャル結合する。これによ
り、図１（ｄ）に示したように、直径が約１０〜１００
ｎｍのシリコン細線１３がシリコン基板１１の上に成長
する。このシリコン細線１３の直径は、溶融合金滴１２
ａの直径により決定される。
【００１６】このようにして成長させたシリコン細線１
３の一例についてＳＥＭ（ScanningElectron Microscop
e ；走査電子顕微鏡）写真を図３に示す。なお、この写
真ではシリコン基板１１に対して斜め上方から撮像して
いる。このシリコン細線１３は、加熱温度を５００℃，
シランガスの圧力を１０ｍＴｏｒｒとして約１時間成長
させたものである。このように、直径が約１００ｎｍの
シリコン細線１３がシリコン基板１１に対してほぼ垂直
に成長している。
３の一例についてＳＥＭ（ScanningElectron Microscop
e ；走査電子顕微鏡）写真を図３に示す。なお、この写
真ではシリコン基板１１に対して斜め上方から撮像して
いる。このシリコン細線１３は、加熱温度を５００℃，
シランガスの圧力を１０ｍＴｏｒｒとして約１時間成長
させたものである。このように、直径が約１００ｎｍの
シリコン細線１３がシリコン基板１１に対してほぼ垂直
に成長している。
【００１７】なお、この細線成長工程においてシランガ
スをシリコン原料ガスとして用いているのは、図３に示
したように太さが長さ方向において均一のシリコン細線
１３を成長させることができると共に、他のシリコン原
料ガスに比べて直径が十分に小さいシリコン細線１３を
得ることができるからである。
スをシリコン原料ガスとして用いているのは、図３に示
したように太さが長さ方向において均一のシリコン細線
１３を成長させることができると共に、他のシリコン原
料ガスに比べて直径が十分に小さいシリコン細線１３を
得ることができるからである。
【００１８】また、この細線成長工程においてシリコン
基板１１の加熱温度を４５０℃以上，シランガスの圧力
を０．５Ｔｏｒｒ未満としているのは、加熱温度が４５
０℃未満あるいはシランガスの圧力が０．５Ｔｏｒｒ以
上ではシリコン細線１３がシリコン基板１１に対して垂
直に成長せずに屈曲してしまい、図３に示したような良
好な形状のシリコン細線１３を得ることができないから
である。
基板１１の加熱温度を４５０℃以上，シランガスの圧力
を０．５Ｔｏｒｒ未満としているのは、加熱温度が４５
０℃未満あるいはシランガスの圧力が０．５Ｔｏｒｒ以
上ではシリコン細線１３がシリコン基板１１に対して垂
直に成長せずに屈曲してしまい、図３に示したような良
好な形状のシリコン細線１３を得ることができないから
である。
【００１９】更に、この細線成長工程においてシリコン
基板１１の加熱温度を好ましくは６５０℃以下としてい
るのは、６５０℃より高い温度ではシリコン細線１３の
直径が太くなり、十分に細いシリコン細線１３を得るこ
とができないからである。
基板１１の加熱温度を好ましくは６５０℃以下としてい
るのは、６５０℃より高い温度ではシリコン細線１３の
直径が太くなり、十分に細いシリコン細線１３を得るこ
とができないからである。
【００２０】このようにシリコン細線１３を成長させた
のち、図２（ａ）に示したように、３５℃の王水（ＨＮ
Ｏ3 ：ＨＣｌ＝１：３）に１分間浸漬してシリコン細線
１３の先端の合金滴１２ａ（すなわちシリコン基板１１
の表面に蒸着した金）をエッチングし除去する（金属除
去工程）。これにより、シリコン基板１１の表面にシリ
コン細線１３のみが残存した状態となる。
のち、図２（ａ）に示したように、３５℃の王水（ＨＮ
Ｏ3 ：ＨＣｌ＝１：３）に１分間浸漬してシリコン細線
１３の先端の合金滴１２ａ（すなわちシリコン基板１１
の表面に蒸着した金）をエッチングし除去する（金属除
去工程）。これにより、シリコン基板１１の表面にシリ
コン細線１３のみが残存した状態となる。
【００２１】そののち、図２（ｂ）に示したように、こ
のシリコン細線１３が成長されたシリコン基板１１を例
えば酸素（Ｏ2 ）ガスの圧力が５００Ｔｏｒｒの酸素ガ
ス含有雰囲気中において７００℃の温度で適宜な時間加
熱する（酸化工程）。これにより、シリコン細線１３お
よびシリコン基板１１の表層部には酸化膜１３ａ，１１
ｂが形成され、シリコン細線１３の中心部には酸化膜１
３ａの分だけシリコン細線１３よりも直径が小さく例え
ば１０ｎｍ未満の直径のシリコン量子細線１３ｂが形成
される。
のシリコン細線１３が成長されたシリコン基板１１を例
えば酸素（Ｏ2 ）ガスの圧力が５００Ｔｏｒｒの酸素ガ
ス含有雰囲気中において７００℃の温度で適宜な時間加
熱する（酸化工程）。これにより、シリコン細線１３お
よびシリコン基板１１の表層部には酸化膜１３ａ，１１
ｂが形成され、シリコン細線１３の中心部には酸化膜１
３ａの分だけシリコン細線１３よりも直径が小さく例え
ば１０ｎｍ未満の直径のシリコン量子細線１３ｂが形成
される。
【００２２】シリコン細線１３を酸化したのち、図２
（ｃ）に示したように、ＨＦ（５０％）に室温で１分間
浸漬してシリコン細線１３の表層部の酸化膜１３ａおよ
びシリコン基板１１の表層部の酸化膜１１ｂをエッチン
グし除去する（酸化膜除去工程）。これにより、シリコ
ン基板１１の表面にシリコン量子細線１３ｂのみが残存
した状態となり、直径が十分に小さいシリコン量子細線
１３ｂが得られる。
（ｃ）に示したように、ＨＦ（５０％）に室温で１分間
浸漬してシリコン細線１３の表層部の酸化膜１３ａおよ
びシリコン基板１１の表層部の酸化膜１１ｂをエッチン
グし除去する（酸化膜除去工程）。これにより、シリコ
ン基板１１の表面にシリコン量子細線１３ｂのみが残存
した状態となり、直径が十分に小さいシリコン量子細線
１３ｂが得られる。
【００２３】なお、このシリコン量子細線１３ｂの一例
についてＴＥＭ（Transmission Electron Microscope；
透過型電子顕微鏡）写真を図４に示す。図４（ａ）は酸
化する前のシリコン細線１３のＴＥＭ明視像、図４
（ｂ）は酸化工程を経た後のシリコン量子細線１３ｂ
（Ｓｉコア部分）のＴＥＭ暗視像を示す。このシリコン
量子細線１３ｂは、直径が約２５ｎｍのシリコン細線１
３を５００Ｔｏｒｒの酸素ガス雰囲気中において７００
℃の温度で１時間加熱して形成したものである。このよ
うに、直径が約１５ｎｍと十分に小さく良好な形状のシ
リコン量子細線１３ｂが形成されている。
についてＴＥＭ（Transmission Electron Microscope；
透過型電子顕微鏡）写真を図４に示す。図４（ａ）は酸
化する前のシリコン細線１３のＴＥＭ明視像、図４
（ｂ）は酸化工程を経た後のシリコン量子細線１３ｂ
（Ｓｉコア部分）のＴＥＭ暗視像を示す。このシリコン
量子細線１３ｂは、直径が約２５ｎｍのシリコン細線１
３を５００Ｔｏｒｒの酸素ガス雰囲気中において７００
℃の温度で１時間加熱して形成したものである。このよ
うに、直径が約１５ｎｍと十分に小さく良好な形状のシ
リコン量子細線１３ｂが形成されている。
【００２４】このように本実施の形態に係る量子細線の
製造方法によれば、シリコン基板１１の表面に溶融合金
滴１２ａを形成しそれを触媒としてシリコン原料ガスを
分解してシリコン基板の上にシリコン細線１３を成長さ
せたのちそのシリコン細線１３の表層部を酸化するよう
にしたので、直径が十分に小さく十分な量子効果を得る
ことができるシリコン量子細線１３ｂを形成できる。
製造方法によれば、シリコン基板１１の表面に溶融合金
滴１２ａを形成しそれを触媒としてシリコン原料ガスを
分解してシリコン基板の上にシリコン細線１３を成長さ
せたのちそのシリコン細線１３の表層部を酸化するよう
にしたので、直径が十分に小さく十分な量子効果を得る
ことができるシリコン量子細線１３ｂを形成できる。
【００２５】また、この量子細線の製造方法によれば、
蒸着工程において金１２を０．６ｎｍと薄い厚さで蒸着
するようにしたので、溶融合金滴１２ａの大きさを小さ
くすることができ、直径が十分に小さいシリコン細線１
３を成長させることができる。すなわち、直径が小さい
シリコン量子細線１３ｂを形成することができる。
蒸着工程において金１２を０．６ｎｍと薄い厚さで蒸着
するようにしたので、溶融合金滴１２ａの大きさを小さ
くすることができ、直径が十分に小さいシリコン細線１
３を成長させることができる。すなわち、直径が小さい
シリコン量子細線１３ｂを形成することができる。
【００２６】更に、この量子細線の製造方法によれば、
細線成長工程においてシリコン原料ガスとしてシランガ
スを用いるようにしたので、直径が十分に小さく太さが
長さ方向に均一なシリコン細線１３を成長させることが
できる。すなわち、直径が小さく良好な形状のシリコン
量子細線１３ｂを得ることができる。
細線成長工程においてシリコン原料ガスとしてシランガ
スを用いるようにしたので、直径が十分に小さく太さが
長さ方向に均一なシリコン細線１３を成長させることが
できる。すなわち、直径が小さく良好な形状のシリコン
量子細線１３ｂを得ることができる。
【００２７】加えて、この量子細線の製造方法によれ
ば、細線成長工程において０．５Ｔｏｒｒ未満のシラン
ガス雰囲気中で４５０℃以上に加熱するようにしたの
で、シリコン基板１１に対してほぼ垂直なシリコン細線
１３を成長させることができる。すなわち、良好な形状
のシリコン量子細線１３ｂを得ることができる。
ば、細線成長工程において０．５Ｔｏｒｒ未満のシラン
ガス雰囲気中で４５０℃以上に加熱するようにしたの
で、シリコン基板１１に対してほぼ垂直なシリコン細線
１３を成長させることができる。すなわち、良好な形状
のシリコン量子細線１３ｂを得ることができる。
【００２８】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態にお
いては、蒸着工程でシリコン基板１１を加熱しながら金
１２を蒸着し蒸着と同時にシリコン基板１１の表面に溶
融合金滴１２ａを形成するようにしたが、シリコン基板
１１に金１２を蒸着したのちシランガスを含む雰囲気中
において加熱して溶融合金滴１２ａを形成するようにし
てもよく、シリコン基板１１に金１２を蒸着したのちシ
ランガスを導入する前に加熱して溶融合金滴１２ａを形
成するようにしてもよい。
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態にお
いては、蒸着工程でシリコン基板１１を加熱しながら金
１２を蒸着し蒸着と同時にシリコン基板１１の表面に溶
融合金滴１２ａを形成するようにしたが、シリコン基板
１１に金１２を蒸着したのちシランガスを含む雰囲気中
において加熱して溶融合金滴１２ａを形成するようにし
てもよく、シリコン基板１１に金１２を蒸着したのちシ
ランガスを導入する前に加熱して溶融合金滴１２ａを形
成するようにしてもよい。
【００２９】また、上記実施の形態においては、蒸着工
程でシリコン基板１１の表面に金１２を０．６ｎｍの厚
さで蒸着し溶融合金滴１２ａの大きさを小さくするよう
にしたが、金１２の厚さが５ｎｍ以下であれば溶融合金
滴１２ａの大きさを上記実施の形態と同様に十分小さく
することができる。
程でシリコン基板１１の表面に金１２を０．６ｎｍの厚
さで蒸着し溶融合金滴１２ａの大きさを小さくするよう
にしたが、金１２の厚さが５ｎｍ以下であれば溶融合金
滴１２ａの大きさを上記実施の形態と同様に十分小さく
することができる。
【００３０】更に、上記実施の形態においては、蒸着工
程でシリコン原料ガスの分解反応において触媒となる金
属として金１２を用いるようにしたが、金１２に代えて
例えば白金（Ｐｔ），銀（Ａｇ），スズ（Ｓｎ）等を用
いるようにしてもよい。この場合も、金１２と同様に、
加熱されることによりシリコンを一部溶解して凝集し、
シリコン基板１１の表面に溶融合金滴を形成する。ま
た、これらの金属も、金と同様に、５ｎｍ以下の厚さで
蒸着することにより、溶融合金滴の大きさを上記実施の
形態と同様に十分小さくすることができる。
程でシリコン原料ガスの分解反応において触媒となる金
属として金１２を用いるようにしたが、金１２に代えて
例えば白金（Ｐｔ），銀（Ａｇ），スズ（Ｓｎ）等を用
いるようにしてもよい。この場合も、金１２と同様に、
加熱されることによりシリコンを一部溶解して凝集し、
シリコン基板１１の表面に溶融合金滴を形成する。ま
た、これらの金属も、金と同様に、５ｎｍ以下の厚さで
蒸着することにより、溶融合金滴の大きさを上記実施の
形態と同様に十分小さくすることができる。
【００３１】加えて、上記実施の形態においては、細線
成長工程でシランガスを直接図示しない真空容器内に導
入するようにしたが、シランガスをヘリウム（Ｈｅ）ガ
スやアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスで希釈して
真空容器内に導入するようにしてもよい。
成長工程でシランガスを直接図示しない真空容器内に導
入するようにしたが、シランガスをヘリウム（Ｈｅ）ガ
スやアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスで希釈して
真空容器内に導入するようにしてもよい。
【００３２】更にまた、上記実施の形態においては、細
線成長工程でシリコンの原料ガスとしてシランガスを用
いるようにしたが、シランガスに代えてジシラン（Ｓｉ
2 Ｈ6 ）ガスまたはトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）ガスを用
いるようにしてもよく、あるいはシランガス，ジシラン
ガスおよびトリシランガスのうちの少なくとも２種以上
を混合した混合ガスを用いるようにしてもよい。これら
の場合も、シランガスと同様の条件で直径が十分に小さ
く良好な形状のシリコン細線を成長させることができ
る。
線成長工程でシリコンの原料ガスとしてシランガスを用
いるようにしたが、シランガスに代えてジシラン（Ｓｉ
2 Ｈ6 ）ガスまたはトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）ガスを用
いるようにしてもよく、あるいはシランガス，ジシラン
ガスおよびトリシランガスのうちの少なくとも２種以上
を混合した混合ガスを用いるようにしてもよい。これら
の場合も、シランガスと同様の条件で直径が十分に小さ
く良好な形状のシリコン細線を成長させることができ
る。
【００３３】加えてまた、これらのシランガス，ジシラ
ンガスあるいはトリシランガスに限らず、水素（Ｈ2 ）
ガスで希釈した塩化珪素（ＳｉＣｌ4 ）ガスなど分解反
応によりシリコンを生成し得るガスであればシリコンの
原料ガスとして用いることができる。その場合のガス圧
や加熱温度はガスの種類に合わせて適宜決定する。
ンガスあるいはトリシランガスに限らず、水素（Ｈ2 ）
ガスで希釈した塩化珪素（ＳｉＣｌ4 ）ガスなど分解反
応によりシリコンを生成し得るガスであればシリコンの
原料ガスとして用いることができる。その場合のガス圧
や加熱温度はガスの種類に合わせて適宜決定する。
【００３４】更にまた、上記実施の形態においては、シ
リコン細線１３を成長させた細線成長工程の次に合金滴
１２ａを除去し、そののちシリコン細線１３を酸化する
ようにしたが、細線成長工程に続いてシリコン細線１３
を酸化し、そののち合金滴１２ａを除去するようにして
もよい。また、この際、化合物合金滴１２ａの除去と酸
化部１３ａの除去はいずれを先に行ってもよい。
リコン細線１３を成長させた細線成長工程の次に合金滴
１２ａを除去し、そののちシリコン細線１３を酸化する
ようにしたが、細線成長工程に続いてシリコン細線１３
を酸化し、そののち合金滴１２ａを除去するようにして
もよい。また、この際、化合物合金滴１２ａの除去と酸
化部１３ａの除去はいずれを先に行ってもよい。
【００３５】加えてまた、上記実施の形態においては、
酸化工程でシリコン細線１３を例えば酸素ガスの圧力が
５００Ｔｏｒｒの酸素含有雰囲気中で７００℃に加熱す
るようにしたが、これらの酸化の条件はシリコン細線１
３の太さに応じて適宜決定される。
酸化工程でシリコン細線１３を例えば酸素ガスの圧力が
５００Ｔｏｒｒの酸素含有雰囲気中で７００℃に加熱す
るようにしたが、これらの酸化の条件はシリコン細線１
３の太さに応じて適宜決定される。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る量子細
線の製造方法によれば、シリコン基板の上に触媒となる
金属を蒸着してシリコン基板の上にシリコン細線を成長
させたのちこのシリコン細線の表層部を酸化するように
したので、直径が十分に小さいシリコン量子細線を形成
することができる。よって、十分な量子効果を得ること
ができるという効果を奏する。
線の製造方法によれば、シリコン基板の上に触媒となる
金属を蒸着してシリコン基板の上にシリコン細線を成長
させたのちこのシリコン細線の表層部を酸化するように
したので、直径が十分に小さいシリコン量子細線を形成
することができる。よって、十分な量子効果を得ること
ができるという効果を奏する。
【図１】本発明の一実施の形態に係る量子細線の製造方
法の各工程を表す断面図である。
法の各工程を表す断面図である。
【図２】図１に続く各工程を表す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る方法によって成長さ
せたシリコン細線を撮像したＳＥＭ写真である。
せたシリコン細線を撮像したＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の実施の形態に係る方法によって形成し
たシリコン量子細線を撮像したＴＥＭ写真である。
たシリコン量子細線を撮像したＴＥＭ写真である。
【図５】シリコン量子細線の直径とバンドギャップとの
関係を表す関係図である。
関係を表す関係図である。
１１…シリコン基板、１２…金（触媒となる金属）、１
２ａ…溶融合金滴、１３…シリコン細線、１３ａ…酸化
膜、１３ｂ…シリコン量子細線
２ａ…溶融合金滴、１３…シリコン細線、１３ａ…酸化
膜、１３ｂ…シリコン量子細線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 碓井 節夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 シリコン基板の上にシリコン原料ガスの
分解反応において触媒となる金属を蒸着する蒸着工程
と、 金属を蒸着したシリコン基板をシリコン原料ガス含有雰
囲気中において加熱し金属を触媒としてシリコン原料ガ
スを分解しシリコン基板の表面にシリコン細線を成長さ
せる細線成長工程と、 成長させたシリコン細線を酸化して表層部に酸化膜を形
成すると共に中心部にシリコン量子細線を形成する酸化
工程と、 シリコン細線の先端の金属を除去する金属除去工程と、 シリコン細線の表層部の酸化膜を除去する酸化膜除去工
程とを含むことを特徴とする量子細線の製造方法。 - 【請求項２】 前記蒸着工程では、金属を５ｎｍ以下の
厚さで蒸着することを特徴とする請求項１記載の量子細
線の製造方法。 - 【請求項３】 前記蒸着工程では、金を蒸着することを
特徴とする請求項１記載の量子細線の製造方法。 - 【請求項４】 前記細線成長工程では、シランガス，ジ
シランガスあるいはトリシランガスのいずれか少なくと
も１種をシリコン原料ガスとして用いることを特徴とす
る請求項１記載の量子細線の製造方法。 - 【請求項５】 前記細線成長工程では、圧力が０．５Ｔ
ｏｒｒ未満のシリコン原料ガスを含む雰囲気中において
４５０℃以上の温度で加熱することを特徴とする請求項
３記載の量子細線の製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30251296A JP3870459B2 (ja) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | 量子細線の製造方法 |
| US08/956,081 US5976957A (en) | 1996-10-28 | 1997-10-24 | Method of making silicon quantum wires on a substrate |
| CNB971212082A CN1150631C (zh) | 1996-10-28 | 1997-10-28 | 量子线的制造方法 |
| DE69729158T DE69729158T2 (de) | 1996-10-28 | 1997-10-28 | Auf einem Substrat hergestellte Quantendrähte und deren Herstellungsverfahren, sowie ein Bauteil mit Quantendrähten auf einem Substrat |
| EP97118716A EP0838865B1 (en) | 1996-10-28 | 1997-10-28 | Quantum wires formed on a substrate, manufacturing method thereof, and device having quantum wires on a substrate |
| US09/376,256 US6130142A (en) | 1996-10-28 | 1999-08-18 | Quantum wires formed on a substrate, manufacturing method thereof, and device having quantum wires on a substrate |
| US09/376,908 US6130143A (en) | 1996-10-28 | 1999-08-18 | Quantum wires formed on a substrate, manufacturing method thereof, and device having quantum wires on a substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30251296A JP3870459B2 (ja) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | 量子細線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10135444A true JPH10135444A (ja) | 1998-05-22 |
| JP3870459B2 JP3870459B2 (ja) | 2007-01-17 |
Family
ID=17909863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30251296A Expired - Fee Related JP3870459B2 (ja) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | 量子細線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3870459B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1700935A1 (en) * | 2005-03-09 | 2006-09-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Nano wires and method of manufacturing the same |
| JP2012069940A (ja) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives | 触媒成長によって成長したワイヤの表面上の金属触媒残渣を取り除く方法 |
| JP2016510943A (ja) * | 2012-12-21 | 2016-04-11 | ソル ヴォルテイックス エービーＳｏｌ Ｖｏｌｔａｉｃｓ Ａｂ | 半導体ナノワイヤへの凹んだコンタクト |
-
1996
- 1996-10-28 JP JP30251296A patent/JP3870459B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1700935A1 (en) * | 2005-03-09 | 2006-09-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Nano wires and method of manufacturing the same |
| JP2006248893A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Samsung Electronics Co Ltd | ナノワイヤー及びその製造方法 |
| US7649192B2 (en) | 2005-03-09 | 2010-01-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Nano wires and method of manufacturing the same |
| JP2012069940A (ja) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives | 触媒成長によって成長したワイヤの表面上の金属触媒残渣を取り除く方法 |
| JP2016510943A (ja) * | 2012-12-21 | 2016-04-11 | ソル ヴォルテイックス エービーＳｏｌ Ｖｏｌｔａｉｃｓ Ａｂ | 半導体ナノワイヤへの凹んだコンタクト |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3870459B2 (ja) | 2007-01-17 |
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