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Local neutron transmutation doping using isotopically enriched silicon film

Si同位体濃縮薄膜を用いた中性子局所ドーピング

山田 洋一; 山本 博之; 大場 弘則; 笹瀬 雅人*; 江坂 文孝; 山口 憲司; 鵜殿 治彦*; 社本 真一; 横山 淳; 北條 喜一

Yamada, Yoichi; Yamamoto, Hiroyuki; Oba, Hironori; Sasase, Masato*; Esaka, Fumitaka; Yamaguchi, Kenji; Udono, Haruhiko*; Shamoto, Shinichi; Yokoyama, Atsushi; Hojo, Kiichi

シリコン同位体濃縮材料は、同位体の純度を上げることによる熱伝導性の向上、$$^{29}$$Siの核スピンを利用した量子素子の作製など、ユニークな物性の期待されるものが少なくない。この中で、$$^{30}$$Siは熱中性子により$$^{31}$$Pに核変換することからドーパントとして機能することが知られている。本研究ではこの現象を応用し、原子力機構において開発された高効率な同位体濃縮法により得られた$$^{30}$$Si濃縮SiF$$_{4}$$を原料として用い、高精度ドーピング手法の開発を目指して$$^{30}$$Si濃縮薄膜を作製した。薄膜の質量分析の結果から天然同位体存在比の約2倍の$$^{30}$$Si: 7.1%であることがわかった。また組成解析の結果から不純物のFは約0.6%以下であった。これらの結果と併せて薄膜及び界面の構造,中性子照射に伴う電気特性の変化についても議論する。

$$^{30}$$Si in natural Si has been widely used for a doping source, since $$^{30}$$Si can be transmuted into $$^{31}$$P by thermal neutron (Neutron Transmutation Doping, NTD). NTD of nanostructure fabricated from $$^{30}$$Si-enriched materials can serve as a controlled local doping method with tunable dopant concentration, which cannot be realized by conventional doping methods such as ion implantation. In the present study, $$^{30}$$Si-enriched thin film has been fabricated in order to demonstrate the local NTD. The $$^{30}$$Si-enriched film with thickness of 100 nm was deposited on the Si(100) substrate by plasma enhanced chemical vapor deposition using $$^{30}$$Si-enriched SiF$$_{4}$$ as the source gases. The film contains 7.1 % of $$^{30}$$Si, which is twice higher than that of natural Si. Possible contaminant, fluorine, is lower than 0.6 at.% determined from X-ray photoelectron spectra. Nanostructure of films and changes of electronic properties by the neutron irradiation will also be discussed.

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パーセンタイル:73.45

分野:Chemistry, Multidisciplinary

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