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論文

Direct ${it in-situ}$ temperature measurement for lamp-based heating device

墨田 岳大; 須藤 彩子; 高野 公秀; 池田 篤史

Science and Technology of Advanced Materials; Methods (Internet), 2(1), p.50 - 54, 2022/02

https://doi.org/10.1080/27660400.2022.2035097

Despite a wide variety of its practical applications, handiness, and cost-effectiveness, the advance of lamp-based heating device is obstructed by one technical difficulty in measuring the temperature on a heated material. This difficulty originates in the combination of polychromatic light source and a radiation thermometer that determines temperature from radiation (i.e. light). A new system developed in this study overcomes this intrinsic difficulty by measuring exclusively the radiation from the heated material, allowing us to perform the direct and ${it in-situ}$ measurement of temperature in a light-based heating device (an arc image furnace). Test measurements demonstrated the reliability of temperature measurement using the developed system as well as its promising potential for the determination of emissivity at high temperature particularly in the infrared region.

論文

High reactivity of H$$_{2}$$O vapor on GaN surfaces

角谷 正友*; 隅田 真人*; 津田 泰孝; 坂本 徹哉; Sang, L.*; 原田 善之*; 吉越 章隆

Science and Technology of Advanced Materials, 23(1), p.189 - 198, 2022/00

https://doi.org/10.1080/14686996.2022.2052180
 被引用回数：4 パーセンタイル：48.81(Materials Science, Multidisciplinary)

GaNは、パワーエレクトロニクスデバイスとして注目される材料である。GaNの表面酸化の理解は、金属-酸化膜-半導体(MOS)デバイスを改善するために重要である。本研究では、GaNの結晶面(+c,-c,m-面)毎の酸化特性を、リアルタイムXPSとDFT-MDシミュレーションによって調べた。その結果、H$$_{2}$$OとGaN表面との間のスピン相互作用によりH$$_{2}$$O蒸気が最も高い反応性を示すことがわかった。m面では、化学吸着が支配的であった。本研究は、Al$$_{x}$$Ga$$_{1-x}$$N原子層成膜時に意図しない酸化を防ぐために、H$$_{2}$$OおよびO$$_{2}$$以外の酸化剤ガスを使用する必要があることを示唆している。

論文

Work hardening behavior of hot-rolled metastable Fe$$_{50}$$Co$$_{25}$$Ni$$_{10}$$Al$$_{5}$$Ti$$_{5}$$Mo$$_{5}$$ medium-entropy alloy; In situ neutron diffraction analysis

Kwon, H.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Gong, W.; Jeong, S. G.*; Kim, E. S.*; Sathiyamoorthi, P.*; 加藤 秀実*; Kim, H. S.*

Science and Technology of Advanced Materials, 23(1), p.579 - 586, 2022/00

https://doi.org/10.1080/14686996.2022.2122868
 被引用回数：6 パーセンタイル：63.54(Materials Science, Multidisciplinary)

Metastability engineering is a strategy to enhance the strength and ductility of alloys via deliberately lowering phase stability and prompting deformation-induced martensitic transformation. In this work, the martensitic transformation and its effect on the mechanical response of a Fe$$_{50}$$Co$$_{25}$$Ni$$_{10}$$Al$$_{5}$$Ti$$_{5}$$Mo$$_{5}$$ medium-entropy alloy (MEA) were studied by in situ neutron diffraction under tensile loading. This work shows how great a role FCC to BCC martensitic transformation can play in enhancing the mechanical properties of ferrous MEAs.

論文

The Possible transition mechanism for the meta-stable phase in the 7xxx aluminium

Bendo, A.*; 松田 健二*; 西村 克彦*; 布村 紀男*; 土屋 大樹*; Lee, S.*; Marioara, C. D.*; 都留 智仁; 山口 正剛; 清水 一行*; et al.

Materials Science and Technology, 36(15), p.1621 - 1627, 2020/09

https://doi.org/10.1080/02670836.2020.1821323
 被引用回数：8 パーセンタイル：46.23(Materials Science, Multidisciplinary)

アルミニウム合金の準安定相は機械的性質に最も寄与する一次のナノサイズの析出物である。7xxx系アルミニウム合金における硬度の連続的上昇はクラスターやGPゾーンから準安定の$$eta'$$相への相変態に関係する。構造的および組成的変態は最も低い活性化エネルギーの経路に従って生じる。本研究は、構造的相変態がどのようにして生じるかを拡散の最短経路に基づいて評価するものであり、高分解能透過型電子顕微鏡を用いて、相変態の動的挙動を捉えることに成功した。

論文

Residual stresses in steel rod with collar formed by partial diameter-enlarging technique

福田 晃二郎*; 友田 陽*; Harjo, S.; Gong, W.*; Woo, W.*; Seong, B. S.*; 桑原 義孝*; 生田 文昭*

Materials Science and Technology, 33(2), p.172 - 180, 2017/01

https://doi.org/10.1080/02670836.2016.1172809
 被引用回数：1 パーセンタイル：5.53(Materials Science, Multidisciplinary)

Residual stress distribution in a carbon steel component with collar manufactured by partial diameter-enlarging (PDE) process was evaluated using the angular dispersion and time-of-flight neutron diffraction methods in the interior and X-ray diffraction method at the surface of the collar. The residual stresses in the PDE specimen were smaller compared with those of a specimen with the similar shape and dimension made by a simple compression (SC) process. The hoop residual stress varied from -98 to 2 MPa around the circumference at the surface of the collar in the PDE specimen, whereas it was nearly constant in the SC one. The residual stresses in the central region of the both specimens were nearly in a hydrostatic compressive stress condition.

論文

Investigation of microstructure in additive manufactured Inconel 625 by spatially resolved neutron transmission spectroscopy

Tremsin, A. S.*; Gao, Y.*; Dial, L. C.*; Grazzi, F.*; 篠原 武尚

Science and Technology of Advanced Materials, 17(1), p.324 - 336, 2016/07

AA2016-0560.pdf:3.26MB

https://doi.org/10.1080/14686996.2016.1190261
 被引用回数：20 パーセンタイル：55.84(Materials Science, Multidisciplinary)

Non-destructive testing techniques based on neutron imaging and diffraction can provide information on the internal structure of relatively thick metal samples (up to several cm), which are opaque to other conventional non-destructive methods. Spatially resolved neutron transmission spectroscopy is an extension of traditional neutron radiography, where multiple images are acquired simultaneously, each corresponding to a narrow range of energy. The analysis of transmission spectra enables studies of bulk microstructures at the spatial resolution comparable to the detector pixel. In this study we demonstrate the possibility of imaging (with about 100 $$mu$$ m resolution) distribution of some microstructure properties, such as residual strain, texture, voids and impurities in Inconel 625 samples manufactured with an additive manufacturing method called direct metal laser melting (DMLM).

論文

Studies of radiation effects on semiconductor devices at JAEA

大島 武

Proceedings of the 30th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, p.9 - 16, 2011/12

半導体耐放射線性研究グループがこれまで行ってきた半導体の耐放射線性に関する研究のうち、特に、宇宙用太陽電池と炭化ケイ素(SiC)半導体デバイスに関する成果を放射線照射・評価技術の開発とも併せて紹介する。現在、宇宙ではInGaP/GaAs/Geの積層構造からなる三接合太陽電池が主流となっているが、GaAsサブセルの耐放射線性が低いため、照射とともにGaAsサブセルで発電可能な電流量が減少し、電流を制限するサブセルが当初のInGaPサブセルからGaAsサブセルに移ることで急激な短絡電流の劣化に至るという「劣化メカニズム」を説明する。また、SiCでは、SITと呼ばれる接合型の構造を持つトランジスタが、10MGyという高線量域でも正常に動作するという優れたトータルドーズ耐性を実証したことを紹介する。

論文

Verification of soft-error rate estimation method in a logic LSI

牧野 高紘; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 大島 武; 小林 大輔*; 廣瀬 和之*

Proceedings of the 28th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, p.35 - 40, 2009/12

これまで、論理素子で発生するSET(Single Event Transient)パルスの発生率とフリップフロップ(FF)のSetup-hold timeからソフトエラー率を推定式する手法を提案し実証した。だたし、この推定を行うためには、SETパルスの幅を測定する特殊な回路の設計、製作が必要であった。今回、論理素子を構成する複数個のトランジスタのうちの一つに注目し、その単体トランジスタのイオン入射過渡応答を測定した。そして、その過渡応答と論理素子を構成する他のトランジスタとの相互作用を考慮し、論理素子で発生するSETパルスの幅を導出した。今回の実証によって、SETパルスの幅を測定する特殊な回路の設計、製作が必要なく、従来の手法に比べて高速かつ簡単にソフトエラー率を推定することが可能となった。

論文

Unrepairable DNA damage site composed of clustered lesions along ion particle tracks

横谷 明徳; 鹿園 直哉; 藤井 健太郎; 牛込 剛史*; 鈴木 雅雄*; 漆原 あゆみ; 渡辺 立子

Proceedings of the 27th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, 8 Pages, 2008/12

イオンビームが誘発する突然変異誘発などの生物影響は、DNA上の数ナノメートル程度の局所に生じるクラスター損傷であることが指摘されている。われわれは、クラスター損傷の修復阻害を調べるため、高水和状態のプラスミドDNAにイオンビーム(LET=20-500keV/$$mu$$m)を照射し、生じた1本鎖切断(SSB)と2本鎖切断(DSB)を定量するとともに、照射試料に対して実際の損傷塩基除去修復酵素を反応させ、損傷塩基の除去活性の阻害の程度を調べた。さらに、クラスター部位で多重に生じたSSBを検出するためにDNAの変性を利用する新しいアッセイ法を開発し、TIARAから得られるHeイオンを照射したDNAについて調べた。その結果、SSB収率はほとんどビームの性質に依存しなかったのに対してDSBはビームのLETに複雑に依存し、さらに塩基除去修復酵素の活性はLETの増大とともに劇的に減少した。一方、多重SSBはほとんど生じていないことがわかった。これらの結果は、クラスター損傷部位にはDSBが生成する場合を除き、SSBは多重には生成せず、一つのSSBと複数の塩基損傷あるいは塩基損傷のみで構成されていることが示唆された。

論文

Transient current and mapping using focused heavy-ion microbeams with several hundreds of MeV

小野田 忍; 平尾 敏雄; 大島 武

Proceedings of the 27th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, p.43 - 46, 2008/12

AVFサイクロトロンからの150MeV-Arビームにマイクロコリメータを用いて直径が約20$$mu$$mのビームを形成し、電極の直径が450$$mu$$mのダイオードに対して単一イオン誘起電流の測定を行い、その電流強度をマッピングすることができた。一方、集束型マイクロビームによる実験では、AVFサイクロトロンからの260MeV-Ne及び520MeV-Arビームを磁気レンズで直径約1$$mu$$mに集束したマイクロビームを使用し、直径が200$$mu$$mのダイオードから得られる単一イオン誘起電流の測定を行い、その電流強度のマッピングに成功した。双方のイメージから、円状電極部分が重イオンに対して感受性が高いことがわかった。さらに、円状電極の周辺と中心部分で単一イオン誘起電流の強度が異なることが観察された。本研究開発により、マイクロメートルオーダーの位置分解能でイメージを測定することが可能となった。

論文

Radiation degradation modeling of triple-junction space solar cells

佐藤 真一郎; 今泉 充*; 大島 武

Proceedings of the 27th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, p.37 - 42, 2008/12

宇宙用太陽電池の主流である三接合太陽電池の放射線劣化モデリングを構築し、その妥当性について検証した。陽子線あるいは電子線を照射して劣化した三接合太陽電池の量子効率をフィッティングし、このフィッティングより得られた物性パラメータを用いて、短絡電流及び開放電圧を計算して実験値と比較した。その結果、両者は非常に良い一致を示し、本モデリングの妥当性を証明できた。また、このモデルにおいては、ベース層キャリア濃度の減少の程度を示すキャリア枯渇係数$$R_C$$、及び少数キャリア拡散長の減少の程度を示す損傷係数$$K_L$$を放射線照射劣化の指標としたが、これらを非イオン化損失(NIEL: Non-Ionizing Energy Loss)によってスケーリングすると、系統的な相関性を持つことがわかった。これは、曝露される放射線ごとの各サブセルの劣化度($$R_C$$と$$K_L$$)を見積もり、それらを用いて電気特性をシミュレートすれば、実宇宙空間における三接合太陽電池の寿命予測が可能であることを示唆している。

論文

Decrease in ion beam induced charge of 6H-SiC diodes

小野田 忍; 岩本 直也; 大島 武; 平尾 敏雄; 河野 勝泰*

Proceedings of the 26th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, p.35 - 40, 2007/12

高エネルギー物理学における粒子検出器開発の観点から、軽イオン等が半導体素子に入射した時の電荷収集効率(Charge Collection Efficiency; CCE)に関する研究が盛んに行われている。これに対してわれわれは、材料開発で使用する加速器用の粒子検出器、さらには宇宙でのシングルイベント効果の理解にも重要となる重イオンが半導体素子に入射したときのCCEに関する研究を進めてきた。その結果、入射するイオンビームの原子番号が大きくなるに従い、6H-SiCダイオードに誘起される電荷量、すなわちCCEが低下する現象が観測された。本研究では、重イオンにより誘起された電子及び正孔がオージェ過程を経て再結合する可能性を半導体デバイスシミュレータ(Technology Computer Aided Design; TCAD)により検討した。その結果、オージェ係数が3$$times$$10$$^{-29}$$cm$$^{6}$$/sのとき、実験値と計算値がよく一致した。以上のことから、SiCにおいてCCEが低下する原因の一つに、従来のSiでは考慮する必要のなかった高密度キャリアによるオージェ再結合が挙げられることが明らかとなった。

論文

Charge collection efficiency of 6H-SiC diodes damaged by electron irradiation

岩本 直也; 大島 武; 小野田 忍; 菱木 繁臣*; 村上 允; 中野 逸夫*; 河野 勝泰*

Proceedings of the 26th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, p.27 - 30, 2007/12

SiCダイオードは、高い耐放射線性を有する粒子検出器として有望視されている。検出器の実用化には、粒子検出特性の放射線による影響を明らかにすることが重要であることから、本研究では、電子線照射により6H-SiC n$$^+$$pダイオードに放射線損傷を導入し、重粒子の入射に対する電荷収集効率(CCE; Charge Collection Efficiency)を評価した。電子線照射前のCCEの飽和値は93$$%$$であり、電子線のフルエンスが1$$times$$10$$^{15}$$cm$$^{-2}$$以下では、変化は見られなかった。一方、フルエンスが1$$times$$10$$^{15}$$cm$$^{-2}$$以上ではCCEの低下が観測された。特に6$$times$$10$$^{15}$$cm$$^{-2}$$ではCCEは高バイアス領域において飽和しなかった。これらピーク値及びCCEの低下は、電子線照射によりダイオード中に再結合中心となる欠陥の密度が増大し、生成された電荷の寿命が収集時間よりも短くなったためと考えられる。電子線照射によってSiCダイオードの電荷収集効率に放射線劣化が見られるものの、依然として入射粒子の検出が可能であることが判明した。

論文

Electrical characteristics of 6H-SiC MOSFETs after high dose irradiation

大島 武; 菱木 繁臣*; 岩本 直也; Reshanov, S. A.*; Pensl, G.*; 児島 一聡*; 河野 勝泰*

Proceedings of the 26th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, p.31 - 34, 2007/12

耐放射線性SiC半導体素子の開発の一環として、MGyという高線量域までの$$gamma$$線照射によるSiC金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の特性変化を調べた。p型エピタキシャル六方晶(6H)-SiC上にn-channel MOSFETを作製し、$$gamma$$線照射(室温,無バイアス状態)を行った。ドレイン電流-ドレイン電圧特性の直線領域からチャンネル移動度を見積もったところ、ソース,ドレイン領域作製の際のイオン注入後の熱処理時にカーボン被膜にて表面を保護した試料では、照射前の値が55cm$$^{2}$$/Vsであるのに対し、被覆なしは45cm$$^{2}$$/Vsと小さな値を示した。原子間力顕微鏡によりこれらの試料表面粗さ(R$$_{MS}$$)を調べたところ、被覆有りが0.67nm、被覆なしが1.36nmであった。このことから、エピ膜表面荒れが原因で発生した界面準位によりカーボン被覆なし熱処理試料では有りに比べてチャンネル移動度が小さくなったと考えられる。次に、$$gamma$$線照射後を比較すると、両者とも1MGyまでは変化は見られないが、それ以上の照射により、カーボン被覆なしはチャンネル移動度が低下するのに対し、被覆有りで熱処理を行ったものは、わずかではあるがチャンネル移動度が上昇することが見いだされ、3MGy照射後には65cm$$^{2}$$/Vsとなることが明らかとなった。

論文

Possible weak magnetism in MB$$_6$$ (M: Ca, Ba) probed by muon spin relaxation and muon level-crossing resonance

黒岩 壮吾*; 高際 實之*; 山澤 眞紀*; 秋光 純*; 幸田 章宏*; 門野 良典*; 大石 一城; 髭本 亘; 渡邊 功雄*

Science and Technology of Advanced Materials, 7(1), p.12 - 16, 2006/01

https://doi.org/10.1016/j.stam.2005.11.012
 被引用回数：5 パーセンタイル：22.29(Materials Science, Multidisciplinary)

CaB$$_6$$はキュリー温度$$T_C=600$$Kの強磁性体である可能性を指摘した論文が発表されて以来、本物質の強磁性の起源に関する研究は理論及び実験の両側面から精力的に行われてきた。われわれは$$mu$$SR法を用いてMB$$_6$$(M=Ca, Ba)の磁性を調べることを目的に研究を行った。その結果、CaB$$_6$$では130K,BaB$$_6$$では110K以下でミュオン緩和率の増大を観測したが、磁気秩序の発達に伴うミュオンスピン回転スペクトルは観測されなかった。またCaB$$_6$$におけるミュオン準位交差共鳴実験の結果から、炭素サイトでの電場勾配が110Kでステップ状に変化することが判明した。これらの結果から、ミュオン緩和率の増大は電場勾配の変化により微小な内部磁場が出現した可能性を示唆する。

論文

Depth profile of oxide-trapped charges in 6H-SiC metal-oxide-semiconductor structures irradiated with gamma-rays

吉川 正人; 斎藤 一成*; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 奥村 元*; 吉田 貞史*

14th Symp. on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology, Hosei Univ., 0, p.159 - 165, 1996/00

照射した酸化膜を斜めにエッチングした傾斜酸化膜を用いて、膜圧の異なる6H-SiC MOS構造を作製し、そのC-V特性を用いて照射によって蓄積した固定電荷の深さ方向分布を求め(傾斜エッチング)、極めて長い緩和時間を持つ界面準位が6H-SiC/SiO$$_{2}$$界面近傍に存在する可能性を調べた。その結果、6H-SiC/SiO$$_{2}$$界面から離れた酸化膜内部には正の、6H-SiC/SiO$$_{2}$$界面近傍には負の固定電荷が蓄積していることがわかった。また界面近傍の負の固定電荷の一部は電荷のやりとりをしない極めて長い緩和時間を持つ界面準位である可能性のあることがわかった。

論文

Hot-implantation of nitrogen and aluminumions into SiC semiconductor

伊藤 久義; 大島 武; 青木 康; 吉川 正人; 梨山 勇; 奥村 元*; 吉田 貞史*

14th Symp. on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology, Hosei Univ., 0, p.147 - 150, 1995/00

化学気相生長法によりSi基板上にエピタキシャル成長させて作製した立方晶炭化ケイ素(3C-SiC)単結晶に室温から1200$$^{circ}$$Cの温度範囲で窒素(N$$_{2+}$$)、アルミニウム(Al$$^{+}$$)をイオン注入(加速エネルギー200keV)し、1660$$^{circ}$$Cまでのアニールを行い、残留する欠陥と注入不純物の電気的活性化を電子スピン共鳴(ESR)、光励起発光(PL)、シート抵抗測定により調べた。1000$$^{circ}$$CでN$$_{2+}$$を注入した試料のアニールにより、注入後残存する常磁性欠陥(g~2.0030)量が減少し、シート抵抗が低下する結果が得られ、g~2.0030欠陥が電子捕獲中心として働くことが示唆された。またAl$$^{+}$$注入試料のESR測定より、注入量が約10$$^{15}$$Al$$^{+}$$/cm$$^{2}$$以上では新たな欠陥(g~2.0035)が形成されることが解った。さらに、Al$$^{+}$$及びN$$_{2+}$$注入試料のPLスペクトルの比較から、g~2.0035欠陥は非発光中心として働くと推測される。

論文

Characterization of defects in hot-implanted $$beta$$-SiC

伊藤 久義; 青木 康; 吉川 正人; 梨山 勇; 奥村 元*; 吉田 貞史*

13th Symp. on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology, Hosei Nniv., 0, p.75 - 80, 1994/12

立方晶シリコンカーバイド($$beta$$-SiC)への高温注入技術を確立する上で重要な注入欠陥に関する情報を得るために、イオン注入$$beta$$-SiC試料の電子スピン共鳴(ESR)及びフォトルミネッセンス(PL)測定を行った。ESR測定の結果、N$$_{2+}$$やAl$$^{+}$$を室温で$$beta$$-SiCに注入した場合高密度欠陥形成を示す等方的ESR信号(g~2.003)が得られた。注入温度を上昇させるとこの欠陥量は減少し、800$$^{circ}$$C以上ではほぼ一定の値を示した。注入温度800$$^{circ}$$Cは$$beta$$-SiC中の単一空孔が移動・消滅する温度に対応する。また、注入温度の上昇による注入層の結晶性回復を示す結果がPL測定からも得られた。PL測定からは、更に、約1000$$^{circ}$$C以上の高温注入においては注入層に点欠陥(発光中心D$$_{1}$$及びD$$_{2}$$)が形成されることが解った。注入後の残留欠陥を低減し、注入不純物の電気的活性化をすすめるためには、注入条件の最適化が必要となる。

論文

A Luminescence study of ion-irradiated aromatic polymers

青木 康; 南波 秀樹; 細井 文雄; 永井 士郎

ACS Symposium Series, 579; Polymeric Materials for Microelectronic Applications,Science and Technology, 0, p.45 - 50, 1994/00

簡易イオンビーム発生器(200keV)からのHe$$^{+}$$イオンを照射中に、ポリスチレン、ポリ(2-ビニルナフタレン)ポリ(N-ビニルカルバゾール)からの光を光ダイオードアレイヌは光電子増倍管を用いて、分光分析した。上記の芳香族フィルムからの発光は、照射直後から観測されるエキシマー発光の他、ポリスチレン、ポリ(2-ビニルナフタレン)についてはイオンフルエンスが10$$^{12}$$(ions/cm$$^{2}$$)から10$$^{13}$$(ions/cm$$^{2}$$)にわたって生成してくる新しい発光が得られた。モノマー発光は得られなかった。新しい発光については、その生成速度がエキシマー発光の消滅速度と一致し、イオントラックの重なりにより起こる現象と考えられる。

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