Nanostructural observation of interface between -FeSi thin films and Si or silicon-on-insulator substrates

Si及びsilicon-on-insulator基板上に成長した-FeSi薄膜界面のナノ構造観察

笹瀬 雅人*; Zhuravlev, A.*; 志村 憲一郎*; 山口 憲司; 山本 博之; 社本 真一  ; 寺井 隆幸*; 北條 喜一

Sasase, Masato*; Zhuravlev, A.*; Shimura, Kenichiro*; Yamaguchi, Kenji; Yamamoto, Hiroyuki; Shamoto, Shinichi; Terai, Takayuki*; Hojo, Kiichi

受発光素子としての応用が期待される-FeSiの発光特性に及ぼす基板/薄膜界面の微細構造及び組成変化を検討することを目的として、二種の異なる基板上(Si(100), silicon-on-insulator(SOI))に作製した-FeSiについて透過型電子顕微鏡を用いて断面観察を行った。この結果、Si(100)上に生成した-FeSiは生成後の加熱により凝集し、20200nmの粒子となった。この際Si, -FeSiいずれにも明らかな転位や積層欠陥は観測されなかった。一方同様の凝集はSOI基板を用いた場合にも見られ、2030nmの粒子が生成するが、同時にSiO層の極端な膨潤(100500nm)が観測された。このためSOI基板を用いた場合にはSiO上に直接-FeSiが存在し、-FeSi/Si界面は認められなかった。従来まで得られている発光特性との関係から-FeSi/Si界面の存在が発光に大きな影響を与えることが示唆された。

The effect of the substrate/film interface structure and compositional changes at the interface has been investigated by using two different substrates (Si(100), silicon-on-insulator (SOI)) with cross sectional transmission electron microscope (TEM). The observed images show that the -FeSi on Si(100) were aggregated through the subsequent annealing, forming -FeSi particles with the size of 20200 nm. In the SOI sample, expansion of the buried SiO layer was significantly seen from TEM images and EDS mapping through the subsequent annealing. Aggregation also occurred to form 2030 nm -FeSi particles with SOI substrate. No -FeSi/Si interface is observed since the SiO layer swelled and top surface Si layer disappeared through the annealing. On the other hand, the -FeSi/Si interface is still observed even after the subsequent annealing when Si(100) substrate was employed.