山村研究室（ナノ製造科学領域）

教授 山村　和也 准教授 有馬　健太 助教 川合　健太郎

ナノ製造科学領域のホームページへ

情報革命を支える新機能超微細デバイス

次世代ス－パ－コンピュ－タ－や将来のマルチメディア技術の開発には、一個の電子まで精密に制御できる新しい高機能デバイスが必要です。このような未来技術実現のため、私たちの研究領域では、極限の先端機器システムを駆使して、原子配列を精密に制御した超微細構造を創ります。この超微細構造を利用して、電子を自由に制御し、新しい機能を有する微細素子を作製することができます。さらに、これらの新機能微細素子を集積することによって実現できる高機能デバイスは、大量の情報処理とグロ－バルな超高速通信を可能とし、現代文化の活性化や新産業創出に貢献します。このように、超微細構造を創成する極限の先端機器システムと、その超微細構造により実現される新機能デバイスが、私たちと原子・電子の世界を結びつけ、豊かな未来を拓きます。

現在、超清浄空間で半導体材料表面を超微細加工する技術の開発、電子の振る舞いを自在に制御する新機能電子デバイスの研究、赤外線を用いた絶対平面形状測定の開発、表面ナノスケール計測によるデバイスプロセスの評価などの研究に取り組んでいます。

電子の振る舞いを自在に制御する新機能デバイス
－原子配置の精密制御による超微細構造の構築－

原子配置を精密に制御することにより、新しい機能の電子デバイスを創出する研究を行っています。超微細材料表面や界面の機能を引き出すためには、原子配置と電子デバイス特性との相関を解明することが不可欠です。そこで私たちの研究領域では、超微細加工プロセスに悪影響を与える汚染を徹底的に低減して、極めて薄い絶縁膜を形成する技術を開発しています。そのうえで、超清浄空間で金属、絶縁体、半導体の原子配列を精密に制御した超微細構造を構築し、電子の振る舞いを自在に制御する新機能シリコンナノデバイスの開発に挑戦しています。

超清浄極薄酸化膜形成装置写真

▲拡大表示

現在、私たちの研究領域では、半導体基板同士を貼り合わせた微小ギャップセンサを用いて、様々な液体や生体のセンサを開発する研究を推進しています。まず、シリコン基板上にナノメートルスケールの極薄シリコン酸化膜を均一に形成し、リソグラフィー技術により酸化膜をパターニングします。この基板をもう一枚のシリコン基板と向かい合わせることによって、ナノスケールの空隙を有するギャップセンサを作製することができます。ナノメートルスケールの厚みを有する酸化膜層が、微小ギャップ領域を支えるスペーサーの役割を果たします。作製した微小ギャップ構造の電気特性を計測することによって、ナノスケールの生体分子センシングデバイスの実現に挑戦しています。

ナノスケールの極薄酸化膜を挟んだ貼り合わせ構造の断面の電子顕微鏡写真

液体を導入したナノギャップデバイスの近赤外線透過像

赤外線でシリコンの平面形状をはかる

シリコンは結晶性が優れていることから、半導体デバイスの基板やシンクロトロン放射光用ミラーなどに使われ、高い形状精度が要求されています。そこで、シリコンが透明である近赤外域に相当する、波長1.3µmの近赤外光干渉計を製作し、単結晶シリコン平面の形状を測定しています。三枚の試料の内、二枚の組み合わせを変えて三回の位相シフト干渉測定（三面合わせ法）を行うことにより、基準平面より高い精度で三枚の試料全ての絶対平面形状を測定することができます。

▲拡大表示
近赤外干渉計によるシリコン表面の絶対形状測定

表面ナノスケール計測によるデバイスプロセスの評価

電子・光学デバイスの高性能化を実現するためには、それらを作製するための表面創成プロセスや薄膜形成プロセスを原子レベルで計測・評価し、最適化することが不可欠です。例えば半導体デバイスの場合、基板となるシリコンウエハの湿式洗浄工程を制御して原子レベルの凹凸（マイクロラフネス）を極限まで低減する必要があります。また、太陽電池デバイスの高品質化には、光電変換を担う活性層全域において高い変換効率を実現できる成膜技術の確立が求められています。私たちの研究領域では、デバイスプロセスの高性能化に貢献することを目指して、表面ナノスケール計測技術の開発と応用に取り組んでいます。これまでに、太陽電池用アモルファス薄膜表面上における光電変換効率分布の局所的な可視化や、湿式洗浄プロセスおよび超精密加工プロセスを経た半導体基板表面の原子構造評価に成功しています。また、材料内部の情報を表面に投影して解析する新しい材料評価法の開発にも着手しています。

▲拡大表示

▲拡大表示