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CoとPtの合金化により高い一軸磁気異方性を示すCoPt合金に着目し、Co極薄膜上に形成した極薄Pt膜にリモート水素プラズマ処理を施すことで、合金ドットの形成を試みた。さらには、形成したナノドットの帯電および帯磁特性を走査プローブ顕微鏡により評価した。プラズマ処理前後の表面形状変化から、極薄Pt/Co積層膜へのリモート水素プラズマ照射によって、高密度ナノドットの高密度一括形成が認められ、形成したナノドットの光電子スペクトルにおける低運動エネルギ信号のしきい値エネルギから仕事関数を評価した結果、CoPt合金ナノドットの形成が認められた。さらには、導電性AFM探針を用いた帯電特性評価において、探針電圧-2.0V印加した後、電子注入・保持に起因した表面電位変化-30mVの負帯電が認められることから、形成した合金ナノドットは絶縁分離しており電荷保持ノードとして機能するとともに、CoPtCrコートSi探針を用いて非接触測定したMFM像において、探針-ナノドットの磁気的作用を反映した明瞭なコントラストが認められることからスピン保持ノードとしても機能することを明らかにした。, CoPt-alloy NDs with an areal density as high as 〜10^ cm^ and over on thermally-grown SiO_2 were successfully fabricated by remote H_2 plasma exposure to ultrathin Pt/Co bi-layer stack, which was confirmed after examining the surface morphology by AFM and measuring photoemission spectra. After scanning the CoPt-alloy NDs with a AFM tip biased at -2.0 V with respect to the substrate, a distinct decrease in the surface potential (-30 mV) in the corresponding area owing to electron charging to the dots was detected, which indicates that NDs were electrically isolated from each other. In the MFM image taken in the noncontact tapping mode with a distance of 〜10 nm between the tip and the sample surface, a clear contrast was obtained with a good correlation to the NDs indicating the presence of perpendicular magnetic anisotropy of the CoPt-alloy NDs. These results imply that CoPt-alloy NDs can be active elements for both spin and charge storage.

Al/p-Ge(100)接合界面に意図的に極薄熱酸化GeO_2を形成し、N_2熱処理によるショットキー障壁高さおよび化学構造の変化の相関を電流-電圧(I-V)特性および硬X線光電子分光法(HAXPES)より評価した。300℃以上のN_2熱処理によりAl/GeO_2界面でGeO_2の還元が促進し、Ge価電子帯上端に金属の実効的な仕事関数が固定されるフェルミレベルピニング(FLP)現象が顕在化する。GeO_2の代わりに、N_2雰囲気中スパッタ法で極薄HfN層を導入すると、450℃の熱処理に対してもFLP緩和に有効であった。極薄膜を用いた伝導特性制御において、熱的に安定な接合界面の形成には、効果的にN導入することが重要である。, The impact of thermal annealing in N_2 ambience on schottky barrier height (SBH) and chemical structures of Al/p-Ge(100) junctions with an interfacial control layer such as GeO_2 and HfN have been investigated from the current density-voltage (I-V) characteristics and hard X-ray photoemission spectroscopy (HAXPES), respectively. We found that, by N_2 annealing at temperatures over 300℃, the GeO_2 reduction in the region near the Al/GeO_2 interface is promoted and the Fermi level pinning (FLP) effect is induced significantly. Such a reduction of SBH in Al/p-Ge(100) junction with annealing was suppressed by an insertion of ultrathin HfN layer instead of GeO_2. The introduction of N atoms in the region near the Al/p-Ge(100) interface is likely to be effective to suppress the reveal of FLP effect with annealing.

シリコン量子ドット(Si-QDs)とNiSiナノドット(NDs)のハイブリッド積層構造をフローティングゲート(FG)にしたMOSキャパシタにおいて,内部光電効果によるNiSi-NDsからSi-QDsへの電荷移動に着目し,近赤外光照射がハイブリッドFG内の電荷移動・再分布に及ぼす影響を調べた.容量-電圧特性において,光照射下での電子注入に起因するフラットバンド電圧シフトは,暗状態に比べて減少した.これは,NiSi-NDs内で光励起された電子がSi-QDsへ移動することによりハイブリッドFG中で負電荷中心がゲート電極側へシフトした結果として解釈できる.また,NiSi-NDs内で光励起された電子のパルスゲート電圧に対する応答を調べた結果,NiSi-NDsからSi-QDsへ移動する電荷量は,パルスゲート電圧の大きさに比例することが示唆された., We have studied electron transfer due to internal photoelectric emission in NiSi-Nanodots(NDs)/Si-Quantum-Dots(Si-QDs) hybrid FG structures induced by the irradiation of 1310 nm light. The flat-band voltage shift due to the charging of the hybrid FG was reduced by the light irradiation in comparison with that in the dark. The observed optical response can be interpreted in terms of the shift of the charge centroid in the hybrid FG caused by the photoexcitation of electrons in NiSi-NDs and their transfer to Si-QDs. The response of photoexcited electrons in the NiSi-NDs/Si-QDs hybrid FG to pulsed gate voltage was evaluated. The transferred charge is likely to increase in proportion to pulse gate voltage.

高濃度As^+イオン注入したGe(100)でのAsの活性化に対する知見を得るために、加速電圧10keV,ドーズ量1x10^cm^でイオン注入後、熱処理に伴う化学構造変化やAs活性化状況を系統的に調べた。イオン注入により、p型Ge(100)基板の表層深さ約19nmが非晶質化すると共に、アクセプター型欠陥準位が生成されることが明らかになった。熱処理による基板側から再結晶化と伴って、Asの活性化が進行し、一部のAsは非晶質/結晶回復層の界面近傍に偏析することが分かった。硬X線光電子分光により、Ge中のAsの化学結合状態を評価した結果、500℃の熱処理後では、活性化した成分に相当するAs^と不活性な成分に相当するAs^の結合状態が存在し、As^の成分比から算出した活性化率は〜4%で、ホール効果測定結果とほぼ一致することが分かった。この結果は、Siの場合と同様に、クラスター形成による活性化率の低下を示している。, As^+ ions were implanted into p-type Ge(100) at a dose of 1x10^ cm^ and acceleration voltage of 10 keV, and an impact of activation annealing temperature on the chemical structure has been investigated systematically. After ion implantation, a formation of 19 nm-thick amorphous Ge including accepter-like defects was observed. During activation annealing in N_2 ambience, re-crystallization of amorphous Ge layer and activation of implanted As^+ ions were promoted from the substrate side. Hard x-ray photoemission spectroscopy (HAXPES) analyses of 500℃ annealed sample show the presence of two chemical states of As ions originating from activated As (As^) and inactivated As (As^). From the spectral deconvolution, activation ratio of implanted As ions was crudely estimated to be 〜4%, which was almost consistent with the electrical properties.

TiN上にRFスパッタ形成したSiリッチ酸化膜(SiO_x)の化学結合状態をX線光電子分光法(XPS)により評価し、Pt上部電極を形成したMIM非対称構造の抵抗変化特性を調べた。SiO_x膜堆積直後において、SiO_x/TiN界面に厚さ〜5nmのTiONが形成されることがXPS分析により明らかになった。また、ダイオード構造において、初期正電圧掃引時に〜2V近傍で電流値がコンプライアンス電流値まで急激に上昇するフォーミングが生じ、その後の正・負電圧交互掃引において、電流コンプライアンスを必要としないバイポーラ型のスイッチング動作が認められた。SiO_x/TiN界面に形成されたTiONの比誘電率を考慮すると、TiON層が電流制御層として機能したと考えられる。また、負電圧でフォーミングを起こした場合、同様に抵抗変化動作が認められるものの、正電圧フォーミングに比べ抵抗変化動作が低電圧で生じることが分かった。この結果は、TiNおよびPt電極の仕事関数差によって生じる電位差に加えて、上部Pt/SiO_x界面に比べて、下部TiN/SiO_x界面において、酸化・還元反応が容易に起こることで低電圧動作が実現されたと解釈できる。, We have fabricated Pt/Si-rich oxide (SiO_x)/TiN stacked MIM diodes and investigated an impact of the structural asymmetry on their resistive switching behaviors using by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and current-voltage (I-V) measurements. XPS analyses show that TiON interfacial layer was formed during the SiO_x deposition on TiN by RF-sputtering in an Ar+O_2 gas mixture. Distinct bi-polar type resistive switching was observed after an electro-forming process. There is no need to set the current compliance during the resistance switch from low to high states (SET process). Considering higher dielectric constant of TiON than SiO_x, the interfacial TiON layer can contribute to regulate the current flow through the diode. The clockwise resistive switching, in which the reduction and oxidation (Red-Ox) reactions can occur near the TiN bottom electrode, shows lower operation voltages below 1.5V and better switching endurance as much as 1.4 x 10^3 as compared to the counter-clockwise switching where the Red-Ox reaction can take place near the top Pt electrode. The result implies that a good repeatable nature of the reduction and oxidation (Red-Ox) reactions at the interface between SiOx and TiON/TiN in consideration of relatively high diffusibility of oxygen atoms through Pt

GeチャネルMISFET実現のために必要不可欠なHigh-k/Ge界面制御手法として、極薄TaOx層の挿入に着目し、Ge表面へのTaO_xのMOCVDによるLayer-by-Layer成膜を行い、界面近傍の化学結合状態について評価を行った。その結果、HfO_2/Ge界面に形成したTaO_x挿入層/Ge界面近傍で成膜中および成膜後の熱負荷によるTaO_x層中へのGeの拡散が確認されるものの、厚さ〜1nm以上のTaO_x挿入が、誘電率低下の要因となるGe界面酸化層の形成抑制に有効であることが明らかとなった。また、Ge拡散により界面に形成されたTaGe_xO_y層の比誘電率は、GeO_2の値の約1.7倍の9であることから、EOT低減に効果的であることを明らかにした。, To control interfacial reaction between high-k dielectric and Ge, we have focused on an insertion of TaO_x ultrathin layer as an interfacial barrier layer and studied MOCVD process of TaO_x with layer-by-layer fashion on Ge surface. XPS analyses show that Ge atoms diffuses into TaO_x layer during the formation of HfO_2 and cofirm that the Ge-oxide growth during atomic layer deposition of HfO_2 is effectively suppressed by inserting TaO_x layer thicker than 1nm. The dielectric constant of TaGe_xO_y layer formed by Ge atoms diffusion into TaO_x layer was determined to be 〜9 being larger by a factor of 1.7 than that of GeO_2 (ε〜5.2).

下部電極としてW薄膜を形成した石英基板上に、プラズマCVDにより柱状Siナノ構造を高密度・一括形成した後、電気化学法による柱状Siの絶縁分離・ナノ結晶化処理後、上部電極として極薄Au電極を形成したAu/柱状Siナノ構造/Wのスタック構造において、導電性AFM探針を用いた二次元電流像の接触および非接触測定を行うことで、柱状ナノ構造の局所電気伝導を評価した。下部W電極-3V、上部Au電極を接地電位として、Au上部電極表面を接触測定した結果、膜中柱状Siナノ構造を反映して、極薄Au電極表面における弾道電子濃度の違いに起因した明瞭な高伝導領域が認められた.さらに、探針-基板間距離200nmで測定した二次元電流像においても、下部電圧-20V以上印加した場合に、非接触にも関わらず直径〜50nmの高伝導領域が明瞭に認められた。この高伝導領域は、表面形状像測定で確認された柱状Siナノ構造と直径が同程度であることから、電極間印加により膜中柱状Siナノ構造からの弾道電子検出で解釈できる。, A highly-dense Si nanocolumnar structure accompanied with Si nanocrystals was fabricated on a W layer /quartz by inductively-coupled plasma enhanced CVD and treated with anodic oxidation. And after the formation of a few nanometer thick Au layer as a top-electrode, electron transport properties through Si nanocolumnar structures so-prepared were characterized by means of atomic force microscopy (AFM) with a conductive cantilever in both contact and non-contact modes. When the W bottom electrode was biased at -23V with respect to the grounded Au-top electrode, a current increase of the order of 〜3pA was detected in several areas corresponding to Si nanocolumns even in the condition that the distance between the sample surface and the AFM probe was kept constant typically at 200nm. The result is attributable to the electron emission as a result of inelastic transport through Si nanocrystals via nanocolumnar structure.

熱SiO_2膜上のSi-QDs上にGeを選択成長させ、酸化・高温熱処理を施した後、SiH_4-LPCVDを行うことによって、自己整合的に一次元連結したSi-QDsを形成することができ、n-Si(100)上に形成した半透明Auゲート一次元連結ドットダイオード構造において、Auゲートから正孔、基板から電子を注入することで、閾値電圧〜1.2V 以上を印加した場合、近赤外光領域での明瞭な室温発光が認められた。さらに、極薄熱SiO_2膜上に縦積連結したSi系量子ドットを超高密度形成(〜10^cm^)することで、高効率キャリア注入が実現でき、電流密度〜0.15A/cm^2においてEL強度を連結ドット密度〜10^cm^の場合と比べて〜425倍増大させることが出来た。これは、連結ドット内へ高効率キャリア注入されるためEL効率が向上するとともに、1層目のドット表面熱酸化に伴う体積膨張によって、隣接するドット間がシリコン酸化物で充填され、ドットが埋め込まれた構造となるため、ドットを介さない電流成分が抑制された結果で解釈できる。, Self-aligned Si quantum dots (Si-QDs) have been successfully fabricated on ultrathin SiO_2 by controlling low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) using pure SiH_4 and/or Si_2H_6, selective Ge LPCVD from 5% GeH_4 diluted with He, thermal oxidation of the dots and subsequent thermal desorption of Ge oxide. In semitransparent Au-gate diodes with self-aligned dots so-prepared, when carriers were injected to the self-aligned Si-QDs from the n-Si(100) substrate for electrons and from the Au top electrode for holes, electroluminescence (EL) in the near-infrared region at room temperature becomes observable with an increase in current at positive biases over a threshold voltage as low as 〜1.2 V at the Au top electrode. Note that, in the case of an areal dot density of 〜10^cm^, the emission intensity was enhanced markedly by a factor of 〜425 in comparison with the case of 〜10^ cm- under the same current density at 〜0.15A/cm^2. This is clear evidence of not only an increase in radiative recombination rate in the self-aligned structure but also an improvement of recombination efficiency due to a decrease in current leakage with increasing dot density.

High-k/Ge界面制御手法として、極薄TiO_2層の挿入に着目し、塩酸処理したGe(100)表面上へのTiO_2の原子層制御CVDを検討した。さらに、誘電率低下の要因となるGe界面酸化層の形成の抑制を目指し、TEMAT錯体の飽和吸着と熱分解の繰り返しにより極薄低酸化TiO_x(x, To control interfacial reaction between high-k dielectric and Ge(100) we focused on insertion of TiO_x ultrathin layer with a high permittivity(ε: 50-80) as a interfacial barrier layer and studied atomic-layer controlled CVD process of TiO_2 on HC1-treated Ge(100). In order to suppress the growth of GeO_x layer with a low permittivity during the formation of high-k dielectric such as HfO_2, TiO_x (x

熱酸化により形成したGeO_2/Ge(100)界面および金属(Al,AuおよびPt)薄膜形成後のGeO_2との界面化学結合状態をXPS分析により評価した。室温のAl蒸着において、GeO_2初期膜厚(>〜1nm)に関わらず、厚さ〜1nm程度GeO_2が還元されることが明らかになった。初期GeO_2膜厚が1.0nm程度の場合にはGeO_2からAlへの酸素原子の拡散が支配的であり、GeO_2膜厚が1.9nm以上の場合は酸素原子拡散に加えてAl-Ge結合の形成が明瞭に観測された。また、極薄AuおよびPtを熱酸化GeO_2上に堆積した場合、金属/GeO_2界面に熱酸化GeO_2/Ge界面と同等量のサブオキサイド成分(GeO_x:0, We have investigated chemical bonding features at thermally-grown GeO_2/Ge(100) and metals (Al, Au and Pt)/GeO_2 interfaces by using high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). After the Al evaporation on GeO_2 thicker than 1.9nm initially, a reduction of GeO_2 accompanied with the generation of Al-Ge bonds was observed near the interface between Al and GeO_2. From the deconvolution of measured Ge3ds/2 spectra taken after physical vapor deposition of Au- and Pt-ultrathin films on thermally-grown GeO_2, we have confirmed the formation of Ge sub-oxide components (GeO_x 0