東京大學等發表寬幅1nm半導體奈米量子細線之製作方法,長度可達1μm以上

 

刊登日期:2023/6/9
  • 字級

日本東京大學攜手京都大學、德國法蘭克福大學,發表了一項在石墨基板上製作半導體奈米量子細線的新方法。目前半導體奈米科技中的微細加工技術已接近極限,而主流的電子束微影等技術於表面由上而下(Top down)刻劃的方式在製作寬幅與間隔未達10 nm的量子細線圖樣方面是非常困難的。另一方面,Bottom up法則有在細線的排列、均一性上等課題待解決。

本次研究採用了以雷射光短時間於目標材料反覆照射之脈衝雷射沉積法,在石墨基板表面沉積了高品質的三氯化釕(RuCl3)薄膜。製作完成的實驗樣品以超高真空的方式傳送至掃描隧道顯微鏡(STM),使用原子解析度觀察其表面。不同於一般薄膜以原子做為核心向外形成島狀生長與層疊式的膜狀成長,研究團隊發現在本次的實驗品基板表面上,形成了寬度僅有數個原子且具週期性排列之β-RuCl3量子細線結構。

這些細線的寬度雖然只有數個原子大小,但卻能擁有1 μm的長度,且透過沉積的時間與基板溫度的變化,能控制量子細線的寬度與間隔距離。除此之外,更形成了如X、Y交錯與圈環、螺旋等多種圖樣,具備應用於量子電路與原子線圈之潛力。

其中有一些形成的圖樣結構(如螺旋等),根據理論確認其形成機制是物質與能量運動的非平衡過程。由此可推知量子線可能是根據原子尺度上的圖靈圖樣(Turing Pattern)所形成,而此概念前所未有。圖靈圖樣係透過兩種物質反應/擴散時自發產生的空間圖案,如熱帶魚身上的花紋以及豹紋等。這次的研究成果不僅為超微細加工提供了從未有過的觀點,更因擁有製造奈米尺寸的半導體與金屬量子線的潛力而備受期待。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/230509_tokyo-univ.html
分享