(57)【要約】【課題】  簡便に作製できる、実際的なＩｎＳｂナノ細線構造を提供する。【解決手段】  ＩｎＳｂがに不純物金属原子を入り込ませることでＩｎＳｂの融点近傍温度で自己形成成長したＩｎＳｂナノ細線構造とする。【選択図】  図１
2005244141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＳｂに不純物金属原子が入り込むことでＩｎＳｂの融点近傍温度で自己形成成長したＩｎＳｂナノ細線であることを特徴するＩｎＳｂナノ細線構造。
【請求項２】
不純物金属原子は、Ｇａ，Ａｌ，ＢおよびＴｌのうちの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１のナノ細線構造。
【請求項３】
基板上に不純物金属原子のイオンの照射によるダメージ層を形成し、次いで、ＩｎＳｂを蒸発させ、ＩｎＳｂの融点近傍温度で前記ダメージ層と接触させ、前記ダメージ層においてＩｎＳｂナノ細線を自己形成成長させることを特徴とするＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法。
【請求項４】
基板上のＩｎＳｂを蒸着させ、次いで不純物金属原子のイオンを照射し、ＩｎＳｂの融点近傍温度で前記イオンの被照射部においてＩｎＳｂナノ細線を自己形成成長させることを特徴とするＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法。
【請求項５】
不純物金属原子のイオンの照射を集束イオンビーム（ＦＩＢ）により行うことを特徴とする請求項３または４のＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法。
【請求項６】
不純物金属原子のイオンは、Ｇａ，Ａｌ，ＢおよびＴｌのうちの少なくといずれかであることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかのＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法。
【請求項７】
不純物金属原子のイオンがＧａ（ガリウム）イオンであって、基板がシリコンであることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかのＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、ＩｎＳｂナノ細線構造に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、量子ドットとともに、電子デバイスの微細化の点で注目される量子細線として有用な、ＩｎＳｂナノ細線構造とその作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体等の電子デバイスの微細化技術が急速に進展しており、この過程において量子ドットと量子細線とが注目されている。ここで量子ドットとは、１００ｎｍ以下、たとえば数１０ｎｍのサイズをもつ微細結晶であり、また、量子細線は、これが１次元に並んだものであると考えることができる。量子ドットを利用すれば低消費電力で高速な量子コンピュータの実現が期待でき、量子細線を利用すれば、高性能のトランジスタが実現される。
【０００３】
このような量子ドット、量子細線のような低次元半導体ナノ構造の作製方法として、分子線エピタキシー法や、有機金属気相堆積法等の結晶成長方法、さらにはリソグラフィー・エッチングという微細加工技術などがこれまでに提案されている。
【０００４】
このような低次元半導体ナノ構造の形成材料の一つとして、ＩｎＳｂが知られており、量子ドット形成への検討が進められている。また、このＩｎＳｂドットの形成にともなうアルゴン（Ａｒ）イオンの照射によりドットの形成が変化することが報告されてもいる（非特許文献１−２）。
【０００５】
しかしながら、量子ドットの形成についての検討に比べて、半導体の量子細線についての提案、報告はそれほど多くないのが実情である。
【０００６】
このため、量子細線の形成のための手段について、より実際的で、再現性の高い微細加工が可能とされる新しい技術の実現が望まれていた。
【非特許文献１】Applied Surface Science 210 (2003) 112-116
【非特許文献２】Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 212 (2003) 264-269
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この出願の発明は、ＩｎＳｂが比較的低い融点（５２５℃）を持つことに着目し、簡便な気相法による手段により、量子細線として有用なＩｎＳｂナノ細線を形成することのできる。より実際的な新しいナノ細線構造とその形成方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、ＩｎＳｂに不純物金属原子が入り込むことでＩｎＳｂの融点近傍温度で自己形成成長したＩｎＳｂナノ細線であることを特徴するＩｎＳｂナノ細線構造を提供し、第２には、不純物金属原子は、Ｇａ，Ａｌ，ＢおよびＴｌのうちの少なくともいずれかであることを特徴とする上記のナノ細線構造を提供する。
【０００９】
そして、この出願の発明は、第３には、基板上に不純物金属原子のイオンの照射によるダメージ層を形成し、次いで、ＩｎＳｂを蒸発させ、ＩｎＳｂの融点近傍温度で前記ダメージ層と接触させ、前記ダメージ層においてＩｎＳｂナノ細線を自己形成成長させることを特徴とするＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法を提供し、第４には、基板上にＩｎＳｂを蒸着させ、次いで不純物金属原子のイオンを照射し、ＩｎＳｂの融点近傍温度で前記イオンの被照射部においてＩｎＳｂナノ細線を自己形成成長させることを特徴とするＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法を提供する。
【００１０】
第５には、不純物金属原子のイオンの照射を集束イオンビーム（ＦＩＢ）により行うことを特徴とする請求項３または４のＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法を、第６には、不純物金属原子のイオンは、金属Ｇａ，Ａｌ，ＢおよびＴｌのうちの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかのＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法を、第７には、不純物金属原子のイオンがＧａ（ガリウム）イオンであって、基板がシリコンであることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかのＩｎＳｂナノ細線構造の作製方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
上記のとおりのこの出願の発明によれば、不純物金属原子が入り込むことでＩｎＳｂを自己形成成長させるため、より簡便に、かつ実際的で、再現性良くＩｎＳｂナノ細線構造を実現することができる。集束イオンビーム法や、Ｇａ等の金属元素イオンを用いる場合には、このような効果はより顕著なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１３】
なによりも特徴的なことは、この出願の発明のナノ細線構造においては、ＩｎＳｂナノ細線が自己形成成長したものであることにある。この自己形成成長は、ＩｎＳｂに、常温常圧条件下で固体である金属を不純物原子とし、このものを入り込ませることによって可能とされる。
【００１４】
この場合の金属原子としては、ＩｎＳｂの融点（５２５℃）を下げることの可能なものとして選択することが考慮される。このような固体元素としては、たとえば、Ｇａ，Ａｌ，Ｔｌ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｂｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ｙ，Ｌａ、希土類元素等のＩｎ、そしてＳｂ以外の金属元素、あるいはＢ，Ｇｅ等が挙げられる。
【００１５】
なかでも、Ｇａ，Ａｌ，Ｂ，およびＴｌが好適なものとして例示される。
【００１６】
ＩｎＳｂナノ細線の作製は、この出願の発明において、次の二つの方法により可能とされる。
【００１７】
＜１＞  まず、シリコン等の基板上に不純物金属のイオンの照射によるダメージ層（パターン）を形成し、次いで真空減圧下にＩｎＳｂを蒸発させ、ＩｎＳｂの融点近傍温度でダメージ層と接触させることでＩｎＳｂナノ細線をダメージ層において自己形成成長させる。
【００１８】
＜２＞  シリコン等の基板上にＩｎＳｂを真空蒸着法等により気相で蒸着させ、次いで不純物金属のイオンを所定のパターンで照射し、ＩｎＳｂの融点近傍温度でイオンの被照射部においてＩｎＳｂナノ細線を自己形成成長させる。
【００１９】
このいずれの方法においても、イオンは、不純物としての金属の原子または原子団（化合物を含む）として照射されてよく、また、これらの不純物金属のイオンの照射は、微細加工ナノファブリケーションを行うとの観点からは集束イオンビーム（ＦＩＢ）法により行うことが好ましい。また、この出願の発明において規定するところの「ＩｎＳｂの融点近傍」とは、ＩｎＳｂの少くとも一部が液相となる温度の範囲を意味しており、実際的には、加熱方式や加熱装置の構造にもよるが、ＩｎＳｂの融点である５２５℃の±５０℃の範囲を目安とすることができる。
【００２０】
そして、この温度での加熱は、真空減圧下の雰囲気とする。真空度としては、通常は、１×１０-5Ｐａ〜１×１０-2Ｐａ程度の範囲とすることが望ましい。
【００２１】
また、ＩｎＳｂ細線の自己形成成長においては、加熱温度の昇温、下降の速度を制御することも考慮されてよい。
【００２２】
この出願の発明においては、直径約１０ｎｍ〜５０ｎｍ、長さ約１μｍ〜１０μｍ程度の範囲にあるＩｎＳｂナノ細線を自己成長させることができる。そして、上記作製方法＜１＞によれば、量子ドットの形成とともに量子細線の形成も可能とされる。
【００２３】
そこで以下に実施例を示す。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。
【実施例】
【００２４】
＜実施例１＞
イオン源をＧａとして、加速電圧３０ｋＶでの集束イオンビーム（ＦＩＢ）によりＳｉ基板上にドットパターンを形成した。このパターンにはＧａの付着が確認された。
【００２５】
石英管の中に、上記パターン形成したＳｉ基板と、ＩｎＳｂの微小バルクを装入し、真空度２×１０-3Ｐａに排気した。これを封止した後に電気炉で加熱した。Ｓｉ基板の温度は５００℃〜５３０℃に、ＩｎＳｂ微小バルクの温度は５１０℃〜５５０℃となるように加熱した。
【００２６】
図１は、加熱後のＳｉ基板表面についてのＳＥＭ像を例示したものである。この図１において、直径約３０ｎｍ、長さ約３μｍのＩｎＳｂナノ細線の自己形成成長が確認される。
＜実施例２＞
Ｓｉ基板上に、真空蒸着法によりＩｎＳｂ薄膜を形成した。次いで、このＩｎＳｂ薄膜（１３０〜２５０ｎｍ）に対して、実施例１と同様のＧａイオンの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を所定パターン（縦３０μｍ、横１００μｍ、深さ１０〜１８０ｎｍ）で照射した。
【００２７】
次いで、イオン照射後のＳｉ基板をガラス管に真空２×１０-3Ｐａ）封入し、Ｓｉ基板の温度が５００℃〜５３０℃となるように加熱した。
【００２８】
図２は、パターンの深さ４０ｎｍの場合のＩｎＳｂナノ細線の自己形成成長を、図３は、パターンの深さ６０ｎｍの場合のＩｎＳｂナノ細線の自己形成成長を例示したＳＥＭ像である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１におけるＩｎＳｂナノ細線を例示したＳＥＭ像である。
【図２】実施例２におけるＩｎＳｂナノ細線を例示したＳＥＭ像である。
【図３】実施例２における別のＩｎＳｂナノ細線の例を示したＳＥＭ像である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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