TWI221312B - Structure, method of manufacturing the same, and device using the same - Google Patents

Description

1221312 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關包含柱形構件之結構，及製造此結構之 方法，及使用此結構之方法。 【先前技術】 自利用微結構作爲功能材料之觀點上，近年來對其興 趣提高。 可用以製備此微結構之技術包含由利用半導體處理術 直接製備微結構者，其微圖案構製技術，諸如照相製版術 爲所熟知（閱日本專利申請書公報5 - 5 5 5 4 5 (頁3，圖1 )等）。 除半導體處理技術外，使用材料之自行組織現象及自 行成形現象之技術亦爲所知。此等技術設計在根據自然形 成之規則性結構，達成創新之微結構。 雖對自行組織現象及自行成形現象已作若干硏究，但 由於利用此等現象之技術可用以達成微米或甚至奈米幅度 之結構，故仍有強烈需要創新之微結構及可靠製造此等之 方法。 【發明內容】 發明槪要 鑒於以上環境，故此，本發明之目的在提供一種創新 結構，製造此創新結構之方法，及可由使用此創新結構達 -6 - (2) 成之裝置。 在本發明之一方面，提供一種結構，包含第一材料及 第二材料，該結構包含柱形構件包含第一材料，及—區& 含第二材料，並包圍柱形構件，假如第二材料非僅由錯構 成，該結構包含含量在第一及第二材料之總量中不少於 2〇原子 ％及不多於7〇原子 ％之第二材料。 第一材料可普通爲鋁，及第二材料可普通爲矽或砂及 鍺之混合物。柱形構件之平均直徑（或如柱形構件呈現橋 圓形平面圖，則爲主軸）可普通不大於50nm，及分開結 構中所含之任二相鄰位置之柱形構件之中心之空隙普通不 大於 3 0 n m。 在本發明之另一方面，提供一種製造結構之方法，包 括製備一基體之步驟及構製非平衡狀態中之一薄膜於基體 上之步驟’薄膜具有一結構，包含柱形構件包含第一材料 ’及一區包含第二材料，並包圍柱形構件，假如第二材料 非僅由鍺構成，該結構包含含量在第一及第二材料之總含 量中不少於 2 〇原子 ％及不多於 7 0原子 ％之第二 材料。 本發明並提供一種裝置，由包含本發明之一結構達成 。例如，本發明之一電子裝置由製造一絕緣區於本發明之 一結構上達成。本發明之電子裝置可包含單電晶體或單電 記憶體，或可包含一資訊處理裝置，包含此等裝置。 本發明提供一種薄膜形之鋁矽複合結構，包含柱形含 構包含鋁，及一矽區包圍柱形結構，該複合結構包含含量 -7- (3) (3)1221312 不少於2 0原子％及不多於7 〇原子。之矽。 本發明並提供一種薄膜形鋁矽鍺複合結構，包含柱形 結構包含鋁，及一矽鍺區包圍柱形結構，複合結構包含聯 合含量不少於2 0原子％及不多於7 0原子％之矽及 鍺。 本發明並提供一種結構，包含多個柱形構件，及一區 包圍多個柱形構件之側表面，柱形構件具有直徑不小於 2 0 nm，及任二相鄰位置之柱形構件間之距離不大於30n m ο 本發明並提供一種結構，包含柱形構件包含鋁，及一 區包圍柱形構件，柱形構件及該區同時製造，柱形構件具 有直徑不大於 20nm。 一種包含本發明之柱形構件之結構（例如鋁矽複合結 構）可發現應用作爲母體，此可用於各種裝置。例如，此 可發現應用於各種量子裝置’包含單電晶體及單電記憶體 【實施方式】 (實施例 1) 參考圖 1 A及 1 B，說明本發明之結構之實施例。 圖1 Α及1Β顯示柱形構件1分佈於包圍此等之 一區 2中，圖1A爲實施例之槪要平面圖’及圖1B 爲沿線1 B - 1 B所取之實施例之槪要斷面圖。 圖1 A及1B所示之結構1 0 0包含由一第一材料 -8- (4) (4)1221312 構成之柱形構件1 ’並由一第二材料構成之區2包圍。 結構1 〇〇包含含量在第一及第二材料之總含量中不少於 2 〇原子％且不大於7 0原子％之第二材料。如此後 參考後續之實施例所顯示，本發明之發明者等發現，當第 二材料之比率在第一材料及第二材料之總量之上定範圍內 時，可提供一結構，包含大致柱形構件分佈於包圍此等之 母體區中。如結構所在之基體具有平坦輪廓且水平設置， 則柱形構件大體垂直安排站立，唯柱形構件之安排模式視 · 構件所構製處之下面基體之輪廓而定。 上述含量指第二材料與結構之第一材料及第二材料之 總量之比率。該含量宜不少於25原子％及不大於65 原子％，更宜不少於30原子％及不大於60原子 “ · °/。。含量可由定量分析該結構決定，例如，使用電感交連 ~ 電漿原子發射頻譜儀（ICP-AES)。 、 在本發明之用途上，大致需要充分達成柱形構件。柱 形構件可包含第二材料，及/或該區可包含第一材料。 φ 柱形構件及或包圍區可包含雜質，諸如氧，氬等。 可用作第一材料之物質包含 A1(鋁）及 Au(金） 。可用作第二材料之物質包含si(矽），Ge(鍺），Si及 Ge之混合物（此後此可由SixGei·〆 〇<χ<ι表示），及 C。尤其是，第二材料宜選自可變成非晶形之材料。 第一及第一材料宜在二元系統之相平衡圖中具有共熔 點。尤其是，共熔溫度宜不低300 r，更宜不低於400 °c。共熔材料亦可用作第一及第二材料。 -9- (5) (5)1221312 第一材料及第二材料之較宜組合包含使用A1及S i 分別作爲第一及第二材料者，及使用A1及SixGei.x( 〇<x<l )分別作爲第一及第二材料者。 柱形構件宜至少部份爲複晶質，及包圍柱形構件之區 爲非晶質。柱形構件呈現圖形或橢圓平面圖。 如此’在該結構中，柱形構件分佈於包含第二材料所 構成之母體中。雖可主要由例如考慮結構之組成（或第二 材料之比率），控制柱形構件之直徑（或在柱形構件並不 呈現圖形平面圖之情形，主軸），但該平均直徑不小於 〇.5nm及不大於 50nm，宜不小於 lnm及不大於 20nm ，更宜不小於 2nm及不大於 1 〇nm。平均直徑最宜小於 2〇nm。此處所用之直徑指圖 1B 中之 2r。在柱形構件 呈現橢圓或其他平面圖之情形，與圓形平面之情形中之直 徑相當之最大軸需充分在上定範圍內。平均直徑指可自 S E Μ照相（面積約爲 1 0 0 n m X 1 0 0 n m )中直接看到之柱形 構件之影像或由電腦處理照片所獲得之値。在此應注意直 徑及以下定義之空隙之最佳値非常取決於材料及有關之組 成以及結構之應用。 任二相鄰位置之柱形構件之中心間之距離2R(圖 1B )不小於 2nm 及不大於 30nm ’宜不小於 5nm 及不 大於 20nm，更宜不小於 5nm 及不大於 i5nm。當然， 任二相鄰位置之柱形構件之中心間之最小距離 2R需使 二柱形構件不致相互接觸。如第二材料（包圍柱形構件之 區域中所含之材料）爲多種元素之混合物（例如 SixGe!- -10- (6) (6)1221312 x ) ’則任二相鄰柱形構件之中心間之距離可由元素之混合 比率控制。 該結構宜爲薄膜形結構。如爲此情形，則柱形構件分 佈於包含第二材料所構成之母體中，俾此等大致垂直於內 表面方向。雖薄膜形結構之薄膜厚度並無特別限制，但通 常在 lnm及 lOOnm之間。自考慮處理時間之實際觀點 上S之’可更宜在 lnm 及 1 //m 之間，或在 lnm 及 3 //m 之間。尤其是，當薄膜厚度不超過 3 00nm 時，柱形構件宜維持均勻。柱形構件宜大致無分枝向上或 向下（在柱形構件之縱向上）伸出。 如上述，該結構宜爲薄膜形結構，且可安排於基體上 。當使用基體時，不受任何特別限制。可適用於本發明之 基體包含絕緣基體，諸如石英玻璃基體，加強玻璃基體， 結晶玻璃基體，或其他玻璃基體，基體具有一絕緣層在表 面上，半導體基體包括矽基體（包括 p型，η型，高電 阻型，低電阻型等），鎵基體及磷化銦基體，金屬基體包 括鋁基體，及可繞性基體（例如聚醯亞胺樹脂基體），假 定該基體用作支持構件，且本發明之結構可構製於其上。 可由構製一絕緣薄膜於本發明之結構上，提供一電子 裝置。如此處所用，電子裝置之表示指一單電晶體，一單 電記憶體，或類似者。在用於本發明中，電子裝置可爲包 含此裝置之一資訊處理裝置。 本發明之一結構（此後，此亦可稱爲複合結構）可發 現用作各種裝置所用之母體。例如，此可發現應用於各種 -11 - (7) (7)1221312 量子裝置上，包括單電晶體及單電記憶體，以及微電極等 〇 本發明之結構（例如鋁矽複合結構）可用作乾或濕蝕 刻蔽罩，用以處理一些其他基體或構製於一些其他基體上 之薄膜。 依據本發明，諸如量子點或量子線之柱形結構可依不 同之方式使用，以顯著擴大此種結構之使用範圍。本發明 之結構可用作由自已自行作用之材料。 (製造方法） 本發明之結構可由使用製造非平衡狀態中之薄膜之一 方法製備。雖宜使用濺散法製造本明用之薄膜，但適於製 造適當選擇之非平衡狀態中之薄膜之其他薄膜製造方法， 諸如電阻加熱蒸發方法，電子束蒸發（EB蒸發）方法， 或離子塗覆方法亦可使用。如使用濺散方法，此可爲磁控 管濺散方法，RF濺散方法，ECR濺散方法，或DC濺 散方法。當由使用濺散方法執成薄膜製造程序時，此在包 含氮大氣之反應爐中執行，其內部壓力保持於 〇. 2及 1 P a ’或0 . 1及〗p a間之程度。雖可分開使用第一材料 及第二材料作爲濺散操作之靶子材料（例如分開鋁及矽靶 子材料）’但亦可使用由燒結以所需之比率混合之第一材 料及第一材料所獲得之？E子材料。在結構之此實施例中， 柱形構件及包圍柱形構件之側表面之一區同時製成。宜執 行 '滕散操作’而不使電漿與薄膜生長所在之基體接觸。 -12- (8) (8)1221312 本發明之結構可維持於一狀態，在此，具有柱形結構 之構件分佈於一區中，此包圍構件之側表面，即使薄膜構 製至厚度大於一預定値亦然。換言之，即使薄膜厚度意外 大，柱形結構之直徑亦不非常顯著。預定之薄膜厚度不小 於 UOnm，宜不小於 3 00nm。 該結構構製於溫度不高於 3 00 °C，宜不低於 20 °C且不高於 200 °C ，更宜不低於 1 00 °C且不高於 1 5 〇 °C之基體上。 (實施例 2:銘砂複合結構） 亦參考圖 1 A及 1B，說明包含鋁及矽作第一及第 二材料之結構。 圖 1 A爲本發明之鋁矽複合結構之槪要平面圖。圖 爲沿圖1A之線1B-1B上所取之樣品之槪要斷面圖 。在圖 1A及 1B 中，參考附號 1及 2分別標示包 S銘之柱形結構，及包圍柱形結構件一區。在圖 1 B 中 ’參考符號 3標示基體。 構製於基體3上之鋁矽複合結構1 0 0包含在鋁及矽 之總量中之含量不少於2〇原子 ％及不多於 70原子 %，宜不少於 2 5原子 ％及不多於 6 5原子 ％，更宜 不少於 3 0原子 ％及不多於 60原子之矽。當矽之比 率在上定範圍內時，獲得鋁矽複合結構，其中，柱形結構 1 分佈於矽區 2 中。 該含量（原子 ％ )代表由電感交連電漿原子發射頻 -13- (9) 譜儀定量分析薄膜形鋁矽複合結構中之矽量及鋁量所獲得 之値。 雖以上使用原子 ％作爲表示含量之單位，但亦可使 用重量％作爲單位。如爲此情形，則不少於20原子 %及不多於 70原子 ％之表示由不少於 20.65重量 °/〇及不多於70.84重量％(由分別使用A1及Si之 原子量26.982及28.086還原之結果獲得）之表示取代。 本發明之絕砂複合結構1 0 0包含銘柱形結構，包含 銘作爲主要成份’及一砂區包圍此等，並包含砂作爲要成 雖柱形結構部份1包含鋁作爲主要成份，但此等亦 可包含矽，氧，及/或氬作爲其他成份，只要獲得具有 柱形結構之微結構可。如此處所用，主要成份之表示指柱 形構件部份之組成份，在此，鋁含量不少於 5 0原子 ％ ，宜不少於 8 0 原子 ％ 。 雖包圍柱形結構之砂區包含砂作爲主要成份，但可另 包含鋁，氧，及 /或氬作爲其成份，只要獲得具有柱形 結構之微結構即可。如此處所用，主要成份之表示指矽區 之組成份’在此，矽含量不少於5 0原子 ％，宜不少於 8 0原子 ％。 石夕區需爲非晶質’自絕緣效果之點言之，砂區需爲非 晶質矽所製，因爲當使用非晶質矽時較之使用晶質矽時， 由於帶隙較大及缺陷密度較高’故獲得分離柱形結構之母 體材料之較高電絕緣效果。 -14- (10) (10)1221312 本發明之複合結構爲鋁在矽母體中絕緣之狀態。 (結構） 包含鋁之柱形結構 1在平面上觀之，通常呈現圓形 或橢圓形。當然，此等可呈現任何其他平面圖，只要此等 適當分佈於矽區 2 中即可。 本發明之鋁矽複合結構之柱形結構之直徑並無特別限 制，但平均直徑不小於 〇.5nm 且不大於 50nm，宜不小 於 〇.5nm 且不大於 20nm，更宜不小於 0.5nm 且不大 於 l〇nm。如此處所用，直徑指圖 1B 中之 2r。在柱形 結構呈現橢圓或其他平面圖之情形，與在圓形平面圖之情 形中之直徑相對應之最大軸需充分在上定範圍內。平均直 徑指由可由電腦處理照片，在 SEM 照片（約 1 0 0 n m X 1 0 0 n m之面積）中看到之鋁之柱形結構之影像所 獲得之値。 同時，當幅度小於一特性値時，具有奈米直徑（在約 0 . 1 n m及 1 0 0 n m 間之範圍中）之奈米結構可呈現特殊 電，光，及化學性質，因爲電子之移動被限制於此條件中 。如此，自此觀點言之，用作功能材料之奈米結構非常有 用。當構成奈米結構之柱形構件呈現直徑不小於 0.5nm 及不大於 50nm，尤其是不小於 〇.5nm及不大於 時，本發明之鋁矽複合結構能以各種不同之方式用作奈米 結構。 任二相鄰位置之柱形結構之中心間之距離 2R(圖 -15- (11) (11)1221312 1B)不大於3〇nm，宜不大於l5nm。當然’任二相鄰位 置之柱形結構之中心間之距離需使一^柱形結構不4 相接觸。尤其是，柱形結構之平均直徑2r及任二相鄰 位置之柱形結構之中心間之距離二者需在上定各別範圍內 〇 本發明之普通微結構包含鋁奈米結構，具有直徑在 1及 9 ηπι之間，任二相鄰位置之鋁奈米結構之中心間 之距離在 5及 1 〇nm之間。銘奈米結構之高度與直徑 之比率在 0 . 1及1 〇 〇 5 〇 〇 〇之間’銘奈米結構垂直於基 體安排。 如顯示於圖1B柱形結構1宜可呈現通過基體所 取之方形斷面圖，或且，此等可呈現方形或梯形斷面圖。 柱形結構可呈現具有適當長寬比（長度/直徑）之輪廓 。長寬比（長度L/直徑2r )可在〇. 1及1〇〇5〇〇〇之 間。 柱形結構之長度 L可在 lnm及lOOnm之間。 尤其是，假定柱形結構之直徑 2r在 1及 10nm 之間，及任二相鄰位置之柱形結構之中心間之距離2R 在 5及 1 5 nm之間，可控制長度 L，俾在 lnm及若 干//m之間，其方式如下述。當長度 L在數 nm及數 十 n m之間（且故此，長度與直徑之比率小）時，柱形 結構1用作鋁量子點，而當長度L較大時，此等用作 銘量子線。 如顯示於圖1 B，包含鋁之柱形結構 1由包含矽作 -16- (12) (12)1221312 爲主要成份之矽區相互分開。換言之，若干柱形結構分佈 於矽區中。 包含鋁之柱形結構 1宜安排於特定之方向上。此等 宜安排於與基體垂直之方向上，如顯示於圖 1 B。 雖基體 3並無特定之限制，但此可選自絕緣體基體 ’該如石英玻璃基體，半導體基體包含矽基體，砷化鎵基 體，及磷化銦基體，及可撓性基體（例如聚醯亞胺樹脂基 體），假定該基體用作支持構件，且本發明之鋁矽複合結 構可構製於其上。而且，亦可使用其上構製有一或更多薄 膜層之基體。 (實施例 3 :製備絕砂合結構之方法) 現參考圖2，說明製備本發明之鋁矽複合結構之方 法。更明確言之，在以下說明中，使用濺散方法製備鋁矽 複合結構，作爲用以製造非平衡狀態中之薄膜。在圖2 中，參考符號1 1及12分別標示一基體及一濺散靶子 。當使用濺散方法時，可容易修改鋁含量與矽含量之比率 〇 如顯示於圖2，由磁控管濺散方法，此爲用以製造 非平衡狀態中之一薄膜之方法，構製一鋁矽複合薄膜於基 體上。 由安排砂片於一鋁靶子基體上適當提供矽及鋁之原料 ，如顯示於圖2。雖圖2中安排若干矽片於鋁靶子基體 上，但矽之安排並不限於此，僅單個矽晶片亦可安排於鋁 -17- (13) (13)1221312 靶子基體上’只要製成所需之薄膜即可。然而，注意如含 鋁之柱形結構1欲均勻分佈於矽區中，則矽片宜對稱安 排於基體 1 1上。 亦可使用由烤製預定量之鋁及矽粉所製備之烤製之鋁 /矽體作爲靶子。 同樣’亦可在分開製備之鋁及矽靶子上同時執行濺散 法。 由縣散法所製之薄膜之砂含量在錦及砂總量中不少於 2 0 原子 ％ 且不多於 7 0原子 ％，宜不少於 2 5 原子 %及不多於 6 5原子 ％，更宜不少於 3 0原子 ％及 不多於 6 0 原子 ％。 基體溫度不高於 3 〇 〇 °C，宜不低於 2 0 °C且不高 於 2〇〇 °C，更宜不低於 lOOt且不高於 150 °C。如發 現矽含量在上定範圍內，則獲得一鋁矽複合結構，包含柱 形結構分佈於砂區中。 所製之鋁矽複合薄膜之樣品之溫度普通不高於 300 °C，宜不高於 200 °C。當在不高於3 00 °C之樣品溫度 上由構製非平衡狀態中之物質薄膜之方法構製鋁及矽複合 薄膜時，所製之鋁矽複合薄膜呈現共熔組成份，在此，鋁 及矽在亞穩狀態，及鋁形成幅度爲若干 nm之柱形奈米 結構，並在自行形成方式中分開。 普通可由安排適當量之矽片於鋁靶子上，控制本發明 之銘砂複合結構之砂含量。 當特別由濺散法構製在非平衡狀態中之薄膜時，氮氣 -18- (14) (14)1221312 體流動之反應器中之壓力宜在 0.2及 IPa之間或 〇」 及 1 Pa之間，唯壓力並不限於以上範圍，只要在該壓力 下穩定產生氬電漿即可。 基體 11可選自絕緣體基體，諸如石玻璃基體，半 導體基體，包含矽基體及砷化鎵基體，及其上構製有一或 更多薄膜層之基體。基體之厚度及機械強度並無任何特別 限制’只要在構製鋁矽奈米結構上不發生任何問題即可。 基體之輪廓不限於光滑或平坦狀態。換言之，基體之表面 可彎曲或具有波浪或階級至某程度。如此，基體之輪廓無 牛寺別限制，只要適當製成所需之鋁矽奈米結構即可。 製造欲用於此實施例中之非平衡狀態中之物質薄膜之 $法宜爲一濺散方法，唯亦可使用構製非平衡狀態中之物 質薄膜之一些其他適當方法。更明確言之，可使用電阻加 熱蒸發方法，電子束蒸發（EB蒸發）方法，或離子塗覆 方法於此實施例中。 在製造薄膜上，可使用同時製造矽及鋁薄膜之同時薄 膜製造方法。或且，可使用連續製造若干矽及鋁之原子層 之多層薄膜製造方法。 (W施例 4:包含鋁矽複合結構之裝置) ® 5爲由使用本發明之鋁矽複合結構所達成之一單 電晶體之槪要斷面圖。如圖5所示，當使用鋁爲量子點 時’可由控制施加於閘電極上之電壓，接通或關斷流於源 及汲極間之電流。如此，圖5之裝置操作如電晶體。在 -19- (15) 圖5中，顯示一基體5 1，一絕緣體（例如氧化矽體 )5 2 ’ 一絕砂複合結構5 3，一汲極54，一閘絕緣體（絕 緣薄膜）55 ’ 一鬧電極56’及一源電極 5 7。當然，鋁 及砂以外之材料所製之複合結構亦可用以取代銘砂複合結 構 5 3 ’只要此結構包含柱形結構即可。更明確言之，銘 矽複合結構 53中之矽可由矽及鍺取代，只要達成含有 分佈之柱形結構之一結構即可。 使用量子效應之一單電記憶體或〜單電晶體可由使用 依上述方式製備之鋁矽結構製成。 依據本發明，諸如量子點或量子線之鋁奈米結構可依 各種不同之方式使用，以大爲擴大此結構之使用範圍。本 發明之結構可用作由自已自行作用之材料。 (實施例 5 :鋁矽鍺複合結構之複合物） 再參考圖1A及1B，說明分別使用鋁及SixGei_x( 〇<x〈l )爲用以製造柱形結構之第一材料及爲第二材料。 圖1 A爲本發明之鋁矽鍺複合結構之槪要平面圖。圖 1B爲沿圖1A之線1 B - 1 B所取之t永品之槪要斷面圖。在 圖 1A及 1B 中，參考編號 1及 2分別標示含鋁之 柱形結構及包圍柱形結構之一矽鍺區。在圖1 B中，參 考符號 3標示一基體。 構製於基體 3上之鋁矽鍺複合結構1 〇〇包含矽及 鍺，矽及鍺之聯合含量在鋁，矽，及鍺之總含量中不少於 2 〇原子 ％及不多於 7 0原子 ％ ’宜不少於 2 5原子 -20- (16) (16)1221312 %及不多於 6 5原子 ％，更宜不少於 3 0原子 ％及 不多於 6 0原子 ％。當發現矽鍺之比率在上定範圍內時 ，獲得一鋁矽鍺複合結構，其中，柱形結構1分佈於矽 鍺區 2 中。 聯合含量（原子 ％ )代表由使用電感交連電漿原子 發射頻譜儀，定量分析鋁矽鍺複合結構中之矽及鍺之量及 鋁量所獲得之値。 鋁，矽，及鍺之總量中之矽及鍺之聯合含量由（

Si + Ge)/(Si + Ge + Al)xlOO 表不’其中 ’ Si 爲石夕白里 ’ Ge 爲鍺含量，及 A1爲鋁含量。換言之，當Si + Ge + Al爲 1〇〇 原子 ％ 時，Si + Ge 之聯合含量以原子 ％ 表示。 本發明之鋁矽鍺複合結構之矽鍺區中之矽與鍺之含量 比率並無特別限制。換言之，矽鍺區需充分包含至少矽及 鍺二者。如矽（Si )與鍺（Ge )之含量比率由SixGen表 示，則需要充份 〇<χ<1。當發現該含量比率在以上範圍 內時，則可控制本發明之鋁矽鍺奈米結構之鋁柱形奈米結 構之直徑或分離空隙，較之鋁矽奈米結構或鋁鍺奈米結構 之鋁柱形奈米結構之直徑或分開空隙爲佳。自此觀點言之 ，本發明包含控制本發明之結構之柱形構件之直徑或分開 空隙之方法。 本發明之鋁矽鍺複合結構包含鋁柱形結構，包含鋁作 爲主要成份，及一矽鍺區包因此等，並包含矽及鍺作爲主 要成份。 雖柱形結構部份 1包含鋁作爲主要成份，但此等另 -21 - (17) (17)1221312 可包含矽，鍺，氧，及/或氬作爲其他成份，只要獲得具 有柱形結構之微結構即可。如此處所。主要成份之表示指 柱形結構部份之組成份’其中’銘含量不少於5 0原子 %，宜不少於8 0 原子 ％。 雖包圍柱形結構之矽鍺區包含矽及鍺作爲主要成份， 但此可另包含鋁，氧’及/或氬作爲其他成份，只要此包 圍含有鋁之柱形微結構即可。如此處所用’主要成份之表 示指矽鍺區之組成份，其中，矽及鍺之聯合含量不少於 5 0 原子 ％，宜不少於 8 0原子 ％。 矽鍺區宜爲非晶質。自絕緣效果之觀點言之，矽鍺區 宜爲非晶質矽鍺所製，因爲當使用非晶質矽鍺時較之當使 用晶質矽鍺時，由帶隙較大及缺陷密度較高，故可獲得分 隔柱形結構之母體材料之較高電絕緣效果。 本發明之複合結構爲鋁被隔離於矽鍺母體中之狀態（ 結構）包含鋁之柱形結構呈現圓或橢圓形平面圖。當然， 此等可呈現任何其他平面圖，只要此等適當分佈於砍鍺區 2 中即可。 雖本發明之鋁矽鍺複合結構之柱形結構之直徑並無特 別限制，但平均直徑不小於 0.5 n m 及不大於 3 0 n m，宜 不小於 0.5nm 及不大於 20nm，更宜不小於 〇.5nm及不 大於 1 5nm。下限可爲 1 nm 或 2nm。如此處所用，直 徑指圖1 B 中之 2r。在呈現橢圓或其他平面圖之柱形結 構之情形，與圓形平面圖之情形中之直徑相當之最大軸需 充分在上定範圍內。平均直徑指自鋁之柱形構件之影像所 -22- (18) 獲得之値，此可由電腦處理照片在 SEM 照片（約 lOOnmxlOOnm之面責）中看到。假設鋁部份呈現橢圓平 面圖，並計算主軸之平均値。 同時，當幅度小於特性値（例如，平均自由徑路）時 ，具有奈米（在約O.lnm及 lOOnm間之葦B圍中）直徑（ 主軸）之奈米結構可呈現特殊電，光，及化學性質。如此 ，自此觀點言之，用作功能材料之奈米結構可非常有用° 本發明之鋁矽鍺複合結構當其所含之柱形結構呈現直徑不 小於 0.5nm 及不大於 30nm，尤其是不小於 〇.5nm及 不大於 15nm時，可依各種不同方式用作奈米結構。 任二相鄰位置之柱形結構 1之中心間之距離 2R( 圖 1B)不大於 30nm，宜不大於 20nm。當然，任二相 鄰位置之柱形結構之中心間之距離 2R需使二柱形結構 不致相互接觸。尤其是，柱形結構之平均直徑 2r及任 二相鄰位置之柱形結構之中心間之距離2R二者需在上 定各別範圍內。 本發明之普通微結構包含柱形鋁奈米結構’具有直徑 在 1及 1 5 nm之間，任二相鄰位置之鋁奈米結構之中 心間之距離在1 〇及2 Ο n m之間。錦奈米結構之®度與 直徑之比率在 〇 . 1及 1 〇 〇，〇 〇 〇之間，鋁奈米結構垂直 於基體安排。 如顯示於圖1B，柱形結構1可呈現通過基體所取 之方形斷面圖，或且，此等可呈現正方或梯形斷面圖。柱 形結構可呈現具有適當長寬比（長度/直徑）之輪廓。 -23- (19) (19)1221312 長寬比（長度 L/直徑2r )可在0. 1及1〇〇,〇〇〇之間 〇 例如，柱形結構之長度 L可在 lnm及 100 // m 之間。 尤其是’假定柱形結構之直徑 2r在 1及 15nm 之間，及任二相鄰位置之柱形結構之中心間之距離 2R 在 1 〇及 20nm之間，可控制長度 L，俾在lnm及數 //m之間，其方式如下述。當長度 L在數 nm及數十 nm之間（且故此，長度與直徑之比率小）時，柱形結構 1作用如鋁量子點（零幅度），而當長度較大時，此等 作用如錦量子線。 如顯示於圖 1 B，包含鋁之柱形結構 1由包含矽及 鍺作爲主要成份之矽鍺區相互分開，換言之，若干柱形結 構分佈於矽鍺區中。 包含鋁之柱形結構 1宜安排於特定之方向上。尤其 是，此等安排於與基體垂直之方向上，如顯示於圖 1 B。 雖基體 3並無特別之限制，但此可選自絕緣體基體 ’諸如石英玻璃基體及塑膠基體，半導體基體包含矽基體 ’鍺基體，砷化鎵基體，及磷化銦基體，及可撓性基體（ 例如，聚醯亞胺樹脂基體），假定該基體用作支持構件， 且本發明之鋁矽鍺結構可構製於其上。亦可使用其上構製 有一或更多薄膜層之基體。 (實施例 6 :製備鋁矽鍺複合結構之方法） -24 - (20) (20)1221312 現亦參考圖2 ’說明製備本發明之鋁矽鍺複合結構 之方法。更明確言之，在以下說明中，使用濺散方法製備 銘矽鍺複合結構，作爲用以製造在非平衡狀態中之薄膜之 示範方法。在圖2中，參考符號11及1 2分別標示 一基體及一濺散靶子。當使用濺散方法時，可由調節靶子 材料，容易修改鋁，矽，及鍺之含量比率。在本實施例中 ’參考符號13標示砂片或鍺片。 如顯示於圖 2，由磁控管灑散方法，此爲用以製造 在非平衡狀態中之薄膜之一方法，構製一鋁矽鍺複合薄膜 於基體上。 由安排矽片及鍺片於一鋁靶子基體上，適當提供矽， 鍺，及鋁之原料，如顯示於圖2。在圖2中，雖鋁靶子 基體上安排若干矽片及鍺片，但矽或鍺之安排並不限於此 ’僅單個砂片或鍺片亦可安排於鋁靶子基體上，只要製成 所需之薄膜即可。然而，注意如含鋁之柱形結構欲均勻分 佈於政鍺區中’則矽片及鍺片宜對稱安排於基體I〗上 〇 亦可使用由烤製預定量之鋁，矽，及鍺粉所製備之鋁 砂鍺燒結體，作爲用以製造薄膜之靶子，可使用此一靶子 ’獲得實際無薄膜組成份變化之均質薄膜。 同樣’亦可在分開製備之鋁靶子，矽靶子，及鍺靶子 上同時執行濺散法。 由濺散法所製之薄膜之矽及鍺之聯合含量在鋁，矽， 及鍺之總量上不少於 2 〇原子〇/。及不多於 7 〇原子 ％ -25- (21) (21)1221312 ，宜不少於 25原子 ％及不多於 6 5原子 ％，更宜不 少於 3 〇原子 ％及不多於 6 0原子 ％。 基體溫度不高於 300 °C，宜不高於 200 °C，更宜 不低於1 0 0 °C，且不高於1 5 0 °C。下限爲 〇 °c或室溫 。如發現矽及鍺含量在上定範圍內，則在基體溫度在以上 範圍內獲得一鋁矽鍺複合結構，包含柱形結構分佈於矽鍺 區中。 所構製之鋁矽鍺複合薄膜之樣品之溫度普通不高於 3 0 0 °C，宜不高於 2 0 0 °C。當在不高於 3 0 0 °C (唯視 薄膜製造情況而定）之樣品溫度上由構製非平衡狀態中之 物質薄膜之方法構製鋁，矽，及鍺複合薄膜時，所製之鋁 矽鍺複合薄膜呈現共熔複合物，在此，鋁，矽，及鍺在亞 穩狀態，及鋁形成幅度爲數 nm之柱形奈米結構，並在 自行形成方式中與矽鍺區分開。 普通可由安排適當量之矽片或鍺片於鋁靶子上，或由 使用適當混合比率之粉狀鋁，矽，及鍺製備之靶子，控制 本發明之鋁矽鍺複合結構中之矽及鍺之聯合含量。 當特別由濺散法構製非平衡狀態中之薄膜時，氮氣體 流動之反應器中之壓力宜在 0.2及 IPa之間或 0.1及 1P a之間，唯壓力並不限於以上範圍，只要在該壓力下 穩定產生氬電漿即可。 基體 11可選自緣體基體，諸如石玻璃基體，半導 體基體，包含矽基體及砷化鎵基體，及其上構製有一或更 多薄膜層之基體。基體之材料，厚度’及機械強度無任何 -26- (22) 特別限制，只要在構製鋁柱形奈米結構上不發生任何問題 即可。基體之輪廓不限於光滑或平坦狀態。換言之，基體 之表面可彎曲或具有波浪或階級至某程度。如此，基體之 輪廓無特別限制，只要適當製成所需之鋁柱形奈米結構即 可 ° 製造欲用於此實施例中之非平衡狀態中之薄膜之方法 宜爲濺散方法，唯亦可使用構製非平衡狀態中之物質薄膜 之一些其他適當方法。更明確言之，可使用蒸發方法（電 阻加熱蒸發，電子束蒸發等），離子塗覆方法，或可構製 非平衡狀態中之物質薄膜之一些其他方法於此實施例中。 在製造薄膜上，可使用同時製造矽，鍺，及鋁薄膜之 同時薄膜製造方法。或且，可使用連續製造若干矽，鍺， 及鋁之原子層之多層薄膜製造方法。 (實施例 7 :包含鋁矽鍺複合結構之裝置 ） 圖 9爲使用本發明之鋁矽鍺複合結構達成單電記憶 體之槪要斷面圖。 在圖 9中，顯示一基體 9 1，一絕緣體（例如，氧 化矽體）92，一結構 9 3，其中，鋁之柱形構件分佈於矽 及鍺之混合物中（鋁矽鍺複合結構），一汲區 94，一閘 絕緣區 9 5，一閘電極 9 6，及一源區 9 7。 當使用鋁作爲量子點時，如顯示於圖 9，通道部份 之電特性可由使用量子點中所累積之電荷之影響控制。而 且，電荷可長時間累積於量子點中，可由使用量子點構成 -27- (23) (23)1221312 非揮發生記憶體，在電源關斷後，其中所儲存之資訊並不 消失。雖在上述中使用鋁矽鍺結構，但亦可使用其他材料 ，只要可獲得包含分佈之柱形構件之結構即可（例如，可 使用鋁矽取代鋁矽鍺 ）。 使用量子效應之一單電記憶體或使用相似原理之一單 電晶體可由使用依上述方式製備之鋁矽鍺結構製成。 依據本發明，可依各種不同之方式使用鋁柱形奈米結 構，諸如量子點或量子線’以顯著擴大此結構之使用範圍 (實例 1:第一材料 A1，第二材料 Si) 圖3爲本發明之鋁矽結構之槪要透視圖。在圖3 中，由矽包圍之柱形構件爲鋁結構或鋁線，具有直徑 2r 爲 3nm 及長度 L 爲 2 0 0 n m。任二相鄰位置之柱形構 件由 7_之空隙 2R分開。在圖 3中，參考符號 21 ，22，及 23分別標示基體，鋁量子線，及矽。實際 SEM影像顯示於圖 6。 首先，說明製備鋁線所用之方法於下。 由 RF磁控管濺散法，構製含矽爲矽及鋁之總量之 55原子 ％之鋁矽複合薄膜至厚度 200nm於璃基體 2 1上。總共 8個 15mm之方形矽片 13 置於 4吋 銘祀子上’如藏不於圖 2，並使用如此多祀子。在氨氣 體流率 ：50sccm，排放壓力：〇.7Pa，及施加功率：lkW之 濺散條件下，使用 RF電源執行濺散操作。基體保持於 -28- (24) (24)1221312 室溫。 雖置八砂片 13於絕祀子上，並在本例中使用如此 多之靶子 1 2，但矽片之數量並不限於此，且可使用任何 其他數量之矽片，只要所獲得之鋁矽複合薄膜包含約 55 原子 ％之矽即可。而且，無需置矽片之靶子於鋁靶子上 。反之，鋁片可置於矽靶子上。或且，可使用由烤製鋁及 矽粉所製備之靶子。 其後，由 ICP(電感交連電漿厚子發射頻譜儀）分 析所獲得之鋁矽複合薄膜，以決定鋁及矽之總量中之矽量 (以原子 ％計）。結果，發現鋁及矽總量中之矽量約 爲 5 5原子 ％。爲分析方便，使用碳基體，及鋁矽複合 薄膜構製於碳基體上。 然後，經由 FE-SEM(場發射掃描電子顯微鏡）觀 察鋁矽複合薄膜。當自基體之正上方位置觀察時，樣品之 表面呈現鋁奈米結構之圓形平面圖，此等二維排列並由矽 包圍。鋁奈米結構之圓形平面圖具有直徑 3 nm ’及任二 相鄰位置者之中心平均分開7nm。當經由FE-SEM沿通 過基體所取之斷面上觀察樣品時，鋁奈米結構呈現高度 2 0 0 n m 〇發現各銘奈米結構相互獨立。 當由X射線繞射儀觀察樣品時，未見有透露結晶之 石夕尖峰，証明砂爲非晶質。另一方面，見到一些銘尖峰’ 証明鋁至少部份爲結晶。 如此，可製備一鋁矽奈米結構’包含鋁線具有直徑 2r爲 3nm及長度 L爲200nm，並由矽包圍，使任二 -29 - (25) (25)1221312 相鄰位置之鋁線相互分開 7nm之空隙 2R。 如上例所述，可構製一銘砍奈米結構，包含銘奈米結 構於基體之表面上之矽母體中，此等可爲鋁量子點或幅度 數 nm 之鋁量子線，使用諸如濺散方法之薄膜製造方法 ，此適於製造非平衡狀態中之物質薄膜。 (比較實例 ） 由濺散法在玻璃基體上構製一鋁矽複合薄膜至厚度約 200nm，以製備比較樣品A，含有矽及鋁總量之 15原子 % 之砂。一對 1 5 m m平方砂片 13 置於 4 吋銘祀子 上，並用作如此多之靶子。在 Ar氣體流率：5〇SCCm，排 放壓力 ：〇.7Pa，及施加功率：lkW之濺散條件下，使用 RF電源執行濺散操作。基體保持於室溫。 其後，經由 FE-SEM(場發射掃描電子顯微鏡）觀 察所獲得之比較樣品 A。閱圖 7。當自基體之正上方位 置觀察時，樣品之表面並不呈現鋁奈米結構之圓形平面圖 。此等呈現不斷連接之鋁之平面圖。換言之，樣品並非包 含柱形鋁結構均勻分佈於矽區中之微結構。其大小遠超過 10nm。當經由 FE-SEM沿通過基體之斷面觀察樣品時， 鋁部份呈現寬度超過 1 5 nm。所獲得之鋁矽複合薄膜由 ICP(電感交連電漿原子發射頻譜儀）分析，以決定在鋁 及矽之總量（原子 ％ )中之矽量。結果，發現在鋁及矽 總量中之矽量約爲 1 5原子 ％。 由濺散法在玻璃基體上構製另一鋁矽複合薄膜至厚度 -30- (26) (26)1221312 約 200nm，以製備比較樣品 B，含有矽及鋁之總量之 75 原子 ％ 之矽。總共十四 15mm 平方矽片 13 置於 4 吋鋁靶子上，並用作如此多之靶子。在 Ar氣體流率 :5〇SCCm，排放壓力：0.7Pa，及施加功率：lkW 之濺散條件 下，使用 RF電源執行濺散操作。基體保持於室溫。 其後，經由 FE-SEM(場發射掃描電子顯微鏡）觀 察所獲得之比較樣品 B。當自基體之正上方位置觀察時 ，未發現鋁部份。當經由 FE-SEM沿通過基體之斷面觀 察樣品時，亦未發現鋁部份。所獲得之鋁矽複合薄膜由 ICP(電感交連電漿原子發射頻譜儀）分析，以決定在鋁 及矽之總量（原子 ％ )中之矽量。結果，發現在鋁及矽 總量中之矽量約爲 7 5原子 ％。 在與用以製備比較樣品 A之相同條件下，唯改變砂 片之數，又另製備八比較樣品。製備之樣品分別包含20 原子 ％，2 5 原子 ％，3 5 原子 ％，5 〇原子 % , 55 原子 ％，60原子 ％，65原子 ％，及 70原子 ％之 矽。以下表1顯示具有微結構者，在此，柱形鋁結構分 佈於矽區（形成），及無微結構者（未形成）。自柱形 構件之均勻性之觀點上言之，矽含量之較宜範圍不低於 3 〇原子 ％及不高於 6 〇原子 ％。具有矽含量 6 5或 7 〇原子 ％之樣品呈現鋁之較低結晶，接近非晶質。 1221312 (27) 表 1 矽含量（原子％) 微結構 1 5 (比較樣品A) 不形成 20 形成 25 形成 3 5 形成 50 形成 55 形成 60 形成 65 形成 70 形成 7 5 (比較樣品B ) 不形成 如此，由調節鋁及矽之總含量中之矽之含量至不低於 2 〇原子 ％及不高於 7 0原子 ％，可達成含有鋁柱形結 構均勻分佈於矽區中之結構。而且，可由調節鋁與矽之含 量比率’控制欲製備之微結構之鋁奈米結構之直徑（主軸 )。然後’亦可獲得高線性鋁線。可使用 TEM(發射電子 顯微鏡）取代SEM，以觀察該結構。 在玻璃基體上由濺散法構製另其他鋁矽複合薄膜至厚 度約2 〇 〇 n m，以製備比較樣品 C，包含在矽及鋁之總量 中 5 5原子 ％之矽。總共八 1 5 m m平方矽片 1 3置於 4吋鋁靶子上，並使用如此多之靶子。在 Ar*氣體流率 -32- (28) (28)1221312 :5 0sCcm，排放壓力：〇.7Pa，及施加功率：lkW之職散條件 下，使用RF電源執行濺散操作。基體保持於3 5 0 °〇 〇 其後，經由 FE-SEM(場發射掃描電子顯微鏡）觀 察所獲得之比較樣品 C。當自基體之正上方位置觀察時 ，發現一大塊鋁。而且，在X射線繞射測量下’看見矽 之結晶。換言之，未發現可見之鋁奈米結構’且砂區並非 晶質，而是結晶。本發明者等假設當基體之溫度太高時’ 發生過渡至更穩定之狀態，故無薄膜生長發生’以形成錕 奈米結構。 且宜使用 Al:Si = 5 5:4 5 之靶子組成份’以獲得柱形 構件均勻分佈之結構。 (實例 2) 圖4爲本發明之又另一鋁矽奈米結構之槪要透視圖 。所示之鋁奈米結構部份爲柱形並由矽包圍。此等爲鋁量 子點，具有値徑 2r爲 6nm及長度 L爲 10nm，任二 相鄰位置之鋁量子點由 9nm之空隙 2R分開。在圖 4 中，參考符號 3 1，3 2 ’及 33分別標示基體’鋁量子點 ，及矽。首先，說明本例中用以製備銘政奈米結構之方法 ，具有鋁量子點之鋁奈米結構部份。在矽基體上由電子束 蒸發方法（此爲物理蒸發方法）構製鋁矽複合薄膜至約 1 Ο n m之厚度，含有在矽及鋁之總量中 3 0原子 ％之 石夕。更明確言之，同時使用砂及錦增禍於電子束蒸發。 -33 - (29) (29)1221312 其後，由 ICP(電感交連電漿原子發射頻譜儀）分 析所獲得之鋁矽複合薄膜，以決定鋁及矽之總量中之矽量 ( 原子％ )。結果，發現鋁及矽總量中之矽量爲約 30 原子 ％。爲分析方便起見，使用碳基體，且鋁矽複合薄 膜構製於碳基體上。 然後，經由 FE-SEM(場發射掃描電子顯微鏡）觀 察銘矽複合薄膜。當自基體之正上方位置觀察時’樣品之 表面呈現鋁量子點之圓形平面圖，此等二維安排，並由矽 包圍，如顯示於圖 4。銘奈米結構（銘量子點）之圓形 平面圖具有直徑2r爲 6nm，及任二相鄰位置者之中心 由平均 9nm 之空隙 2R分開。當經由 FE-SEM沿通 過基體所取之斷面觀察時，鋁奈米結構呈現高度 1 〇nm。 發現鋁量子點相互獨立。 如此，可製備鋁矽奈米結構，包含鋁量子點具有直徑 2r爲 6nm及高度 L爲10nm，並由矽包圍，俾任二相 鄰位置之鋁點由 9nm之空隙 2R相互分開。當由X射 線繞射儀觀察樣品時，發現鋁爲晶質，及矽爲非晶質。 (實例 3) 在本例中，由使用鋁作爲第一及矽及鍺作爲第二材料 製備一樣品。亦參考圖3，說明此實例。圖3爲鋁矽鍺 複合結構之槪要透視圖，包含鋁奈米結構，具有柱形輸廓 ，具有直徑 2r爲 7nm及長度 L爲 200nm，並由矽 鍺包圍，分開任二相鄰位置之鋁奈米結構之空隙2R爲 -34- (30) (30)1221312 10nm。在圖3中，參考符號 21，22，及23分別標示 基體，鋁量子線（含鋁所製之柱形結構），及一非晶質矽 鍺區。一 S E Μ影像顯示於圖 1 〇。 首先，說明用以製備鋁線之方法於下。 由 RF磁控管濺散法，在玻璃基體21上構製一鋁 矽鍺複合薄膜至約200 nm之厚度，其矽及鍺之含量爲鋁 ’石夕’及鍺之總量之3 8原子 ％。一對1 5 m m平方石夕 片及一對 1 5 mm平方鍺片置於 4吋鋁靶子上，如顯示 於圖 2’並用作如此多之祀子。在鐘< 氣流率：5〇sccm，排 放壓力：〇.7Pa，及施加功率：3 00W 之濺散條件下，使用 RF電源執行濺散操作。保持基體於室溫。 雖包含矽片及鍺片之四片 13置於鋁靶子上，並用 作如此多之靶子於本例中，但矽及鍺片之數並不限於此， 且可使用任何其他數之矽及鍺片，只要所獲得之鋁矽鍺複 合薄膜含有鋁，矽，及鍺之總量之約 38原子 ％之矽 及鍺即可。而且，並非必需置矽及鍺片之靶子於鋁靶子上 。或且，鋁片及鍺片可置於矽靶子上。又且，可使用由燒 結矽，鍺，及鋁粉所製備之靶子。 雖使用 RF濺散法作爲本例中之濺散法，但可用於 濺散法之方法並不限於此。亦可使用 ECR濺散法，DC 濺散法，或離子束濺散法。濺散條件取決濺散法所用之濺 散系統，且故此不限於以上所列。 其後，由ICP(電感交連電漿原子發射頻譜儀）分 析所獲得之鋁矽鍺複合薄膜，以決定鋁，矽，及鍺之總量 -35- (31) (31)1221312 中之矽及鍺之聯合含量（原子％ )。結果’發現銘’矽 ，及鍺之總量中之矽及鍺之聯合含量爲約3 8原子％。 爲分析方便起見，使用碳基體’且錦砂鍺複合薄膜構 製於碳基體上。 然後，經由 F E - S E Μ (場發射掃描電子顯微鏡）觀 察鋁矽鍺複合薄膜。當自基體之正上方位置觀察時’樣品 之表面呈現鋁奈米結構之圓形平面圖’此等二維安排，並 由矽及鍺之混合物包圍。鋁奈米結構之圓形平面圖具有 7nm之直徑 2r，及任二相鄰位置者之中心由平均 10nm 分開，如由處理鋁奈米結構之影像所決定。當經由FE-SEM沿通過基體所取之斷面觀察時’鋁奈米結構呈現高 度2 Ο Ο n m。發現鋁奈米結構相互獨立。 當由 X射線繞射儀觀察樣品時’未看見透露結晶之 石夕及鍺尖峰’証明砂及鍺之混合物爲非晶質。另一方面’ 看見鋁尖峰，証明鋁爲晶質。 如此，可製備鋁矽鍺複合結構，包含鋁線具有直徑 2r爲 7nm及高度 L爲2〇〇nm’並由矽及鍺之混合物 包圍，俾任二相鄰位置之鋁線由 1 〇 n m 之空隙 2 R相互 分開。 如以上實例所述，可由薄膜製造方法，諸如適於製造 非平衡狀態中之基體薄膜之濺散方法，二維構製鋁矽鍺複 合結構於一基體之表面上’包含幅度數 nm至數十 nm 之銘奈米結構’此等可爲銘里子點或銘量子線。 -36- (32) (32)1221312 (比較實例 ) 由濺散法在玻璃基體上構製一鋁矽鍺複合薄膜至厚度 約 200nm，以製備比較樣品 D，其矽及鍺之含量爲鋁， 矽，及鍺之總含量之 15 原子 ％。一 15 mm 正方矽片 及一 1 5 m m平方鍺片置於 4吋銘祀子上，並用作如此 多之靶子。在 Ar氣體流率：5〇SCcm，排放壓力：0.7Pa， 及施加功率：1 kW之濺散條件下，使用 RF電源執行濺 散操作。基體保持於室溫。 其後，經由 FE-SEM(場發射掃描電子顯微鏡）觀 察所獲得之比較樣品 D。當自基體之正上方位置觀察時 ，樣品之表面並不呈現鋁奈米結構之圓形平面圖。鋁部份 呈現不斷連接之平面圖。換言之，樣品並非包含柱形鋁結 構均勻分佈於矽鍺區中之微結構。其大小（長度）遠超過 20nm。當經由 FE-SEM沿通過基體之斷面觀察樣品時， 鋁部份並非柱形，而是形成大小超過數十 nm 之小塊。 所獲得之鋁矽鍺複合薄膜由ICP(電感交連電漿原子發 射頻譜儀）分析，以決定在鋁，矽，及鍺之總量（原子 % )中之矽及鍺之聯合含量。結果，發現在鋁，矽，及鍺 總量中之矽及鍺之量約爲 1 5原子 ％。 由濺散法在玻璃基體上構製另一鋁矽鍺複合薄膜至厚 度約 200nm，以製備比較樣品 E，其矽及鍺之含量爲鋁 ，矽，及鍺之總量之 75原子 ％。五 1 5 m m正方矽片 及五 15mm平方鍺片置於 4吋鋁靶子上，並用作如此 多之靶子。在 Ar 氣體流率：50sccm，排放壓力：0.7Pa， -37- (33) (33)1221312 及施加功率：3 00W之濺散條件下，由使用 RF電源執行 濺散操作。基體保持於室溫。 其後，經由 FE_SEM(場發射掃描電子顯微鏡）觀 察所獲得之比較樣品 E。當自基體之正上方位置觀察時 ，未發現鋁部份。當經由 FE-SEM沿通過基體之斷面觀 察樣品時，亦未發現明顯之鋁部份。所獲得之鋁矽鍺複合 薄膜由 ICP(電感交連電漿原子發射頻譜儀）分析，以 決定在鋁，矽，及鍺之總量（原子 ％ )中之矽及鍺之聯 合含量。結果，發現在鋁，矽，及鍺總量（或 100原子 % )中之矽及鍺量約爲 7 5原子 ％。 如此，由調節矽及鍺之含量至不低於鋁，矽，及鍺之 總含量中之 20 原子 ％及不高於 70原子 ％，可構製 鋁奈米結構於矽鍺區中。故此，亦可獲得高線性鋁線。 由濺散法在玻璃基體上構製另一鋁矽鍺複合薄膜至厚 度約 2〇〇nm，以製備比較樣品 F，其矽及鍺之含量爲鋁 ’石夕’及鍺之總量之 3 8原子 ％。一對 1 5 m m 平方石夕 片及一對 15 平方鍺片置於 4 吋鋁靶子上，並使用如 此多之靶子。在 Ar氣體流率：5〇sccm，排放壓力：0.7Pa ’及施加功率：30〇W之濺散條件下，由使用 RF電源執 行濺散操作。基體保持於 3 5 0 °C。 其後，經由 FE-SEM(場發射掃描電子顯微鏡）觀 察所獲得之比較樣品F。當自基體之正上方位置觀察時 ’發現無圓形或橢圓形之鋁區。換言之，未發現可見之鋁 奈米結構。本發明者等假設當基體之溫度太高時，發生過 -38- (34) (34)1221312 渡至更穩定之狀態，故無薄膜生長發生’以形成如圖1 A 及 1B或圖 3 所示之柱形鋁奈米結構。 (實例 4) 在本例中，製備鋁矽鍺複合結構之一樣品。參考圖 4，說明此樣品。所示之鋁奈米結構部份爲柱形’且由砂 鍺包圍。此等爲鋁量子點，具有直徑 2r爲 6nm及長度 L 爲 1 〇 n m，任二相鄰位置之絕量子點由 8 n m 之空隙 2R分開。在圖 4中，參考編號 31，32，及 33分別 標示基體，鋁量子點，及非晶質矽鍺區。首先，說明本例 中用以製備鋁矽鍺複合結構之方法，此具有柱形鋁量子點 之鋁奈米結構部份。在矽基體上由磁控管濺散方法構製鋁 矽鍺複合薄膜至約 10nm之厚度，含有鋁，矽，及鍺之 總量中之 3 3 原子 ％ 之矽及鍺。 其後，由 ICP(電感交連電漿原子發射頻譜儀）分 析所獲得之鋁矽鍺複合薄膜，以決定矽及鍺在鋁，矽，及 鍺之總量中之聯合含量（原子 ％)。結果，發現矽及鍺在 鋁，矽，及鍺之總量中爲約 3 3原子 ％。爲分析方便起 見，使用碳基體，且鋁矽鍺複合薄膜構製於碳基體上。 然後，經由 FE-SEM(場發射掃描電子顯微鏡）觀 察鋁矽鍺複合薄膜。。當自基體之正上方位置觀察時，樣 品之表面呈現鋁量子點之圓形平面圖，此等二維安排，並 由矽鍺包圍，如顯示於圖 4。鋁量子點之圓形平面圖具 有 6nm 之直徑 2r，及任二相鄰位置者之中心由 8nm -39- (35) 之空隙 2R分開。當經由 FE- SEM沿通過基體所取之 斷面觀察時，鋁量子點呈現高度1 〇nm。發現鋁量子點相 互獨立。 如此，可製備鋁矽鍺複合結構，包含鋁量子點具有直 徑 2r爲 6nm及高度 L爲 lOnm，並由矽鍺包圍，俾 任二相鄰位置之鋁量子點由 8nm之空隙 2R相互分開 。當由 X射線繞射儀觀察樣品時，發現鋁爲晶質，及矽 鍺爲非晶質。 鋁奈米結構之直徑（主軸）及分開任二相鄰位置之鋁 奈米結構之空隙可由改變鋁矽鍺複合結構之鋁，矽，及鍺 之總量中之矽及鍺之含量調節（一般言之，由降低矽及鍺 之含量增加鋁奈米結構之直徑（主軸））。可由改變薄膜 厚度，調節鋁矽鍺複合結構之鋁奈米結構之高度。 而且，可由改變鋁矽鍺複合結構中鍺與矽之含量比率 ，調節柱形鋁結構之直徑及分開空隙。 如所詳述，本發明提供一結構，包含柱形構件分佈於 ~包圍區中，及製造此一結構之方法，及使用此一結構之 裝置。 【圖式簡單說明】 圖1 A爲本發明之結構之實施例之槪要面圖； 圖 1 B爲沿線 1 B -1 B上所取之圖1 A之實施例之 槪要側斷面圖； 圖2爲本發明之結構之槪要透視圖’顯示其製備方 -40- (36)1221312 法； 圖3爲本發明之結構之另一實施例之槪要透視圖； 圖 4爲本發明之結構之又另一實施例之槪要透視圖； 圖 5爲由使用本發明之結構所達成之一單電晶體之 槪要斷面圖； 圖 6爲本發明之鋁矽複合結構之一實施例之 FE-SEM影像； 圖7爲本發明之鋁矽複合結構之另一實施例之FE-SEM影像； 圖 8爲本發明之鋁矽複合結構之又另一實施例之 FE-SEM 影像； 圖9爲由使用本發明之結構所達成之一單記憶體之 槪要斷面圖； 圖10爲本發明之複合結構之 EF-SEM影像。 【主要元件對照表】 1 柱形構件 2 石夕區 2R 距離 2r 直徑 3 基體 12 濺散靶子 13 矽片 2 1 玻璃基體 • 41 - (37) 鋁量子點 非晶質矽鍺區 絕緣體 隹呂砂複合結構 汲電極 閘絕緣體 閘電極 源電極 汲區 _絕緣區 源區 結構 -42-

Claims (1)

1. (1) (1)1221312 拾、申請專利範圍 第9 2 1 0 2 7 7 3號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 ‘ 民國93年5月％曰修 1 . 一種包含一第一材料及一第二材料之結橇，該結 構包含柱形構件包含第一材料，及一區包含第二材料，並 包圍柱形構件，假如第二材料非僅由鍺構成，該結構包含 3里在弟 及弟一材料之總量中不少於2 0原子 ％及不 多於 70原子 ％之第二材料， 其中，第一材料爲鋁； 其中，第二材料爲矽或矽及鍺之混合物；及 其中，柱形構件之平均直徑不大於5 0nm。 2.如申請專利範圍第1項所述之結構，其中，該 結構包含含量不少於3 0原子 ％及不多於 6 0原子 ％ 之第二材料。 3 .如申請專利範圍第1項所述之結構，其中，該 結構中所含之任二相鄰位置之柱形構件之中心間之距離不 大於 3 0 n m。 4 · 一種薄膜形鋁矽複合結構，包含柱形構件包含鋁 ’及一矽區包圍柱形結構，該複合結構包含含量不少於 2 〇原子 ％及不多於 7 〇原子 ％之矽， 其中，柱形結構之直徑不小於 0.5nm 及不大於 5 0 n m ;及 (2) (2)1221312 其中，任二相鄰位置之柱形結構之中心間之距離不& 於 3 0 n m。 5 .如申請專利範圍第 4項所述之複合結構，其中 ，矽在複合結構中之含量不少於 25原子 ％及不多於 6 5 原子 ％。 6. 如申請專利範圍第 5項所述之複合結構，其中 ，矽在複合結構中之含量不少於30原子 %及不多於 6 0 原子 ％。 7. 如申請專利範圍第 4項所述之複合結構，其中 ，柱形結構之直徑不小於0.5 nm及不大於 1 〇 nm。 8. 如申請專利範圍第 4項所述之複合結構，其中 ，任二相鄰位置之柱形結構之中心間之距離不大於1 5 nm 〇 9. 如申請專利範圍第 4至 6項之任一所述之複 合結構，其中，矽區包含非晶質矽作爲主要成份。 10. 如申請專利範圍第 9項所述之複合結構，其中 ，複合結構構製於絕緣體上。 11. 一種製造薄膜形鋁矽複合結構之方法，包括製備 基體之一步驟及構製非平衡狀態中之一薄膜於基體上之一 步驟，所製之薄膜具有一鋁矽複合結構，包含柱形結構包 含is，及一较區包圍柱形結構，複合結構包含含量不少於 原子 ％及不多於 70原子 ％之矽。 1 2 ·如申請專利範圍第 11項所述之方法，其中， 橇製在非平衡狀態中之薄膜之步驟由執行濺散方法實施。 -2- (3) (3)1221312 1 3 .如申請專利範圍第 ]2項所述之方法，其中， 濺散方法由使用分別包含鋁及矽之靶子材料執行。 1 4 .如申請專利範圍第 1 2項所述之方法，其中， 當構製含有矽爲鋁及矽之總量之 2 0至 7 0原子 ％ 之 鋁矽複合結構時，濺散方法由保持基體於不高於 3 0 〇 °C 之溫度中執行。 1 5 · —種薄膜形鋁矽鍺複合結構，包含柱形結構包含 鋁，及一矽鍺區包圍柱形結構，複合結構包含矽及鍺聯合 含量不少於 2 0原子 ％及不多於 7 0原子 ％。 16·如申請專利範圍第15項所述之複合結橇，其 中，複合結構中之矽及鍺之聯合含量不少於 25原子 % 及不多於 6 5原子 ％。 1 7 •如申請專利範圍第1 6項所述之複合結構，其 中’複合結構中之ί夕及錯之聯合含量不少於 3 0原子 y 及不多於 6 0 原子 ％。 1 8 ·如申請專利範圍第 1 5至 1 7項之任一所述之 複合結構，其中，柱形結構之直徑不小於 〇 · 5 n m及不大 於 3 0 n m 〇 1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之複合結構，其 中，柱形結構之直徑不小於〇 · 5 n m及不大於1 5 n m。 20.如申請專利範圍第15至 17項之任一所述$ 複合結構，其中，任二相鄰位置之柱形結構之中心間之距 離不大於 3 0 n m。 2 1.如申請專利範圍第20項所述之複合結橇，其 (4) 1221312 中，任二相鄰位置之柱形結構之中心間之距離 20nm ° 22. 如申請專利範圍第 15至 17項之任一 複合結構，其中，矽鍺區包含非晶質砂鍺作爲主要 23. 如申請專利範圍第 15至 17項之任一 複合結構，其中，如矽鍺區中之矽與鍺之含量比率 份 SixGe^x表示，其中，Si代表矽及Ge代表 X在 〇<x<l之範圍內。 24. 如申請專利範圍第 22項所述之複合結 中，該複合結構構製於絕緣體上。 25. —種製造薄膜形鋁矽鍺複合結構之方法， 備基體之一步驟及製造非衡狀態中之一薄膜於基體 驟，所製之薄膜具有鋁矽鍺複合結構，包含柱形結 鋁，及一矽鍺區包圍柱形結構，該複合結構包含聯 不少於 20原子 ％及不多於 70原子 ％之矽】 2 6 ·如申請專利範圍第 2 5項所述之方法， 製造非平衡狀態中之薄膜之步驟由執行濺散方法達 27·如申請專利範圍第 26項所述之方法， 當構製包含矽及鍺在鋁，矽，及鍺之總量之 20 ^ ^ %之鋁矽鍺複合薄膜時，濺散方法由保持基 高於3〇0 °C之溫度中執行。 不大於 所述之 成份。 所述之 由組成 鍺，則 構，其 包含製 上之步 構包含 口 3里 泛鍺。 其中， 成。 其中， 至 70 體於不