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論文

Growth of single-phase nanostructured Er$$_2$$O$$_3$$ thin films on Si (100) by ion beam sputter deposition

Mao, W.*; 藤田 将弥*; 近田 拓未*; 山口 憲司; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 松崎 浩之*

Surface & Coatings Technology, 283, p.241 - 246, 2015/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.98(Materials Science, Coatings & Films)

イオンビームスパッタ蒸着法では初めて、成膜温度973K、成膜時の真空度10$$^{-5}$$Pa未満という条件で、Si (100)基板上に単相のEr$$_2$$O$$_3$$(110)薄膜を作製することに成功した。Erのシリサイドが反応時に生成するものの1023Kでの加熱アニールにより、E$$_2$$O$$_3$$の単相膜に変化し、エピタキシャル成長することを反射高速電子線回折法(RHEED)やX線回折法(XRD)などの手法によって確認した。

論文

Tailoring crystallinity and configuration of silica nanotubes by electron irradiation

田口 富嗣; 山口 憲司

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 350, p.1 - 5, 2015/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

SiO$$_{2}$$は、重要な絶縁材料及び発光材料であり、生体材料への応用も期待されている。これまでに、アモルファスSiO$$_{2}$$ナノチューブの合成に関する報告は数多くあるが、単結晶SiO$$_{2}$$ナノチューブの合成に関する報告はない。そこで本研究では、これまでに報告されていない単結晶SiO$$_{2}$$ナノチューブの創製を試みた。我々が合成に成功している多結晶SiCナノチューブを、低真空中で熱処理を行うことにより、SiCナノチューブが酸化され、SiO$$_{2}$$ナノチューブの合成に成功した。得られたSiO$$_{2}$$ナノチューブは、単結晶であった。また、SiO$$_{2}$$は、様々な多形を有しているが、今回得られた単結晶SiO$$_{2}$$は、クリストバライトであった。また、単結晶SiO$$_{2}$$ナノチューブに電子線を照射することにより、アモルファスSiO$$_{2}$$ナノチューブへ変換することがわかった。

論文

イオンビームスパッタ成長法

山口 憲司

シリサイド系半導体の科学と技術, p.113 - 121, 2014/09

本稿は、イオンビームと固体との相互作用に起因するスパッタリング現象について概説したのち、これを薄膜創製に応用したイオンビームスパッタ蒸着法の説明をしている。さらに、イオンビームスパッタ蒸着装置に基板表面処理用のイオン照射系を備えた実験装置の構成例を示したうえで、本手法によってシリコン基板上に作製された鉄シリサイド半導体薄膜の特徴を解説した。実験結果が示すところでは、薄膜は基板に対して高配向した連続膜であり、しかも、基板との間に非常に鮮明な界面を形成することも分かった。

論文

2D neutron diffraction imaging on an ammonite

社本 真一; 樹神 克明; 伊巻 正*; 中谷 健; 大下 英敏*; 金子 直勝*; 増子 献児*; 坂本 健作; 山口 憲司; 鈴谷 賢太郎; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.014011_1 - 014011_5, 2014/03

アンモナイト化石の2次元回折イメージングをJ-PARCにおける高強度全散乱装置NOVAで行った。観測された回折プロファイルはカルサイト,シデライトとアモルファス構造からなっていることがわかった。

論文

Deposition of hydroxyapatite on SiC nanotubes in simulated body fluid

田口 富嗣; 宮崎 敏樹*; 飯久保 智*; 山口 憲司

Materials Science & Engineering C, 34, p.29 - 34, 2014/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:80.49(Materials Science, Biomaterials)

SiCナノチューブは、その優れた機械的特性と金属材料に比べて軽量であることから、歯科及び整形外科におけるインプラント材料の補強材料として期待されている。しかしながら、これまでに生体活性能を有するSiC材料の開発に関する発表はない。本研究では、NaOH処理及びHCl処理を行ったSiCナノチューブを、疑似体液に浸漬することで、ハイドロキシアパタイトが析出することがわかった。一方で、SiCナノチューブの無処理材、NH$$_{4}$$OH処理SiCナノチューブ、さらにNaOH及びHCl処理SiCバルク材料では、疑似体液に浸漬してもハイドロキシアパタイトは析出しなかった。このように、SiC材料をnmサイズにダウンサイジングすること、さらには、NaOH及びHCl処理を行うことで、初めて生体活性SiCナノチューブの開発に成功した。

論文

Optimization of substrate pretreatment and deposition conditions for epitaxial growth of $$beta$$-FeSi$$_2$$ film on Si(100)

山口 憲司; 濱本 悟*; 北條 喜一

Physica Status Solidi (C), 10(12), p.1699 - 1703, 2013/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

シリサイド系半導体の代表格である$$beta$$-FeSi$$_2$$に対して、筆者らはスパッタ洗浄による基板前処理を併用したイオンビームスパッタ蒸着法によって、高配向した$$beta$$-FeSi$$_2$$薄膜の作製に成功している。しかし、最近、成膜温度によって高配向膜が得られる基板前処理条件が異なることがわかった。このことは、基板処理後加熱アニールを行っているとはいえ、スパッタ中に導入された照射欠陥が、少量ながらもシリサイド生成反応に影響を与えていることを示している。本研究では、$$beta$$-FeSi$$_2$$薄膜の配向性に対するスパッタ洗浄時のNe$$^+$$イオンフルエンスに対する依存性を詳細に調べ、薄膜の成長過程における照射欠陥の役割を検討した。

論文

Adsorption of H atoms on cubic Er$$_2$$O$$_3$$ (001) surface; A DFT study

Mao, W.*; 近田 拓未*; 志村 憲一郎*; 鈴木 晶大*; 山口 憲司; 寺井 隆幸*

Journal of Nuclear Materials, 443(1-3), p.555 - 561, 2013/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:68.05(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、密度汎関数理論に基づき、Er$$_2$$O$$_3$$(001)表面やその上に水素が吸着した状態を対象に、その構造的ならびに電子的特性に関する計算を実施した。計算の結果、非常に安定な吸着サイトがいくつか存在することが分かった。Er$$_2$$O$$_3$$(001)面上でエネルギー的に最も安定なサイトでは、水素の吸着エネルギーは295.68kJ mol$$^{-1}$$ (被覆率1/8ML)となり、この値は被覆率とともに減少する傾向にあった。さらに計算の結果、解離に伴う水素原子の吸着が、水素分子のそれと比べて、少なくとも吸着エネルギーが152.64kJ mol$$^{-1}$$大きいことも分かった。これらの結果をもとに、核融合炉におけるトリチウム透過障壁中での水素同位体の透過挙動について考察した。

論文

Direct stress measurement of Si(111) 7$$times$$7 reconstruction

朝岡 秀人; 山崎 竜也; 横山 有太; 山口 憲司

Journal of Crystal Growth, 378, p.37 - 40, 2013/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.77(Crystallography)

Siなど半導体最表面は、表面ダングリングボンドの数を減少させるように独自の再構成構造を示すことから、バルクとは異なる独自のストレスが存在すると考えられている。われわれはSi(111)7$$times$$7再構成表面に水素終端処理を施すことによって1$$times$$1バルク構造を作製し、最表面構造の違いによるストレスの実測を試みた。その結果、Si(111)7$$times$$7再構成構造に存在する引張応力を捉えることに成功した。

論文

Direct measurement of surface stress during Bi-mediated Ge growth on Si

朝岡 秀人; 山崎 竜也*; 山口 憲司; 社本 真一; Filimonov, S.*; 末光 眞希*

Surface Science, 609, p.157 - 160, 2013/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

Biサーファクタントを利用したGe/Si(111)ヘテロ成長過程において、レーザーによる基板のたわみを実測したストレス遷移と、電子線を利用したRHEEDの同時測定を行った。その結果、Bi終端構造と比較したSi再構成構造に内在する表面ストレス,層状成長過程で、原子層1層ごとに圧縮,緩和を繰り返すストレス遷移を捉えることに成功した。

論文

Fabrication of highly-oriented silicide film on Si substrate treated by low-energy ion beam

濱本 悟*; 山口 憲司; 北條 喜一

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 38(1), p.89 - 92, 2013/03

Authors have shown that thin, uniform and highly-oriented $$beta$$-FeSi$$_2$$ films can be fabricated on Si(100) substrates when they are sputter-cleaned with low-energy ions. In the present study, dependence of the crystalline properties of $$beta$$-FeSi$$_2$$ films on the irradiated fluence of sputter etching (SE) was investigated to discuss whether it is possible to obtain high crystalline $$beta$$-FeSi$$_2$$ thin film with very low defect concentration. The $$beta$$-FeSi$$_2$$ thin film was fabricated on Si(100) substrate which was irradiated with 3 keV Ne$$^+$$ to an ion fluence of 3.7$$times$$10$$^{19}$$ m$$^{-2}$$, which is 1/10 of the fluence typically employed by the authors. The results revealed that the film deposited at 973 K was essentially polycrystalline, whereas the films deposited at 923 K was highly-oriented to $$beta$$(100) surfaces. This fact indicates that fabrication of high crystalline $$beta$$-FeSi$$_2$$ film is also possible under low fluence SE conditions.

論文

Fabrication of highly-oriented silicide film on Si substrate treated by low-energy ion beam

濱本 悟*; 山口 憲司; 北條 喜一

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 38(1), p.89 - 92, 2013/03

$$beta$$-FeSi$$_{2}$$等のシリサイド系半導体は、光電子半導体や熱電変換半導体素子等の有用な半導体である。われわれは、低エネルギーイオンビームエッチング手法を利用して、シリコン試料表面処理を行い、シリコン基板(100面)に高配向$$beta$$-FeSi$$_{2}$$を作成した。ただ、イオンビーム照射の使用は基板や薄膜に照射欠陥を形成させ、その欠陥が半導体薄膜作製に影響を与えてしまうことがある。そこで、Si基板表面のイオンビームエッチング(照射量)の影響により、欠陥の少ない高品位$$beta$$-FeSi$$_{2}$$薄膜を得ることが可能か調べた。

論文

Experimental and computational studies on tritium permeation mechanism in erbium oxide

Mao, W.*; 近田 拓未*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 山口 憲司

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.10, p.27 - 32, 2013/02

核融合炉ブランケット部では、燃料となるトリチウムの維持や環境漏洩防止の観点から、トリチウム透過の障壁となる被膜が必要である。しかし、被膜を介してのトリチウムの詳細な透過機構は、その結晶構造が複雑であることから決して十分に解明されたとは言えない。近年、計算技術の進歩によりかなり詳細に材料中の水素の拡散を取り扱えるようになってきた。本研究では、透過障壁被膜の候補とされるEr$$_2$$O$$_3$$を対象に透過機構の解明を試みた。実験では構造がnmレベルで制御されたエピタキシャル薄膜の作製を試みる一方、計算では、単結晶や、欠陥を伴った結晶構造を仮定して、幾つかの温度で拡散係数を導出した。

論文

Application of sputter etching treatment to the formation of semiconducting silicide film on Si substrate

山口 憲司; 江坂 文孝; 笹瀬 雅人*; 山本 博之; 北條 喜一

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 37(2), p.245 - 250, 2012/06

シリサイド半導体の代表格である$$beta$$-FeSi$$_2$$の薄膜をSi基板上に蒸着する際、蒸着前に低エネルギー($$ge$$1keV)イオンによる基板のスパッタ・エッチ(SE)処理を行うことが有効である。筆者らはこの方法でSi(100)基板上に$$beta$$-FeSi$$_2$$(100)の高配向膜を作製することに成功している。また、透過型電子顕微鏡による断面観察や、放射光を用いたX線光電子分光法並びにX線吸収分光法による表面化学状態の観察により、973Kで成膜した$$beta$$-FeSi$$_2$$薄膜は均質性が高いものの、イオン照射に由来する欠陥を含んでいることを明らかにした。筆者らは、さらに欠陥の少ない薄膜を得るために、より低入射エネルギーでのSE処理を行い、0.8keV(Ne$$^+$$)まで入射エネルギーを下げても、従来の3keVでの処理と同程度の高配向性を有する$$beta$$-FeSi$$_2$$(100)薄膜が作製できることを示した。

論文

Surface structures on $$beta$$-FeSi$$_2$$ formed by heat-treatment in ultra-high vacuum and their influence for homoepitaxial growth

松村 精大*; 落合 城仁*; 鵜殿 治彦*; 江坂 文孝; 山口 憲司; 山本 博之; 北條 喜一

Physics Procedia, 11, p.174 - 176, 2011/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:14.13

超高真空中で加熱処理された$$beta$$-FeSi$$_2$$基板の表面構造とそのホモエピタキシャル成長への影響を調べた。1023Kで熱処理された$$beta$$-FeSi$$_2$$(100)基板の表面には穴状の欠陥構造が認められ、この温度で起こる表面酸化物(SiO$$_x$$)の消失と対応している。この欠陥構造の元素組成は$$beta$$-FeSi$$_2$$のそれ(Si/Fe$$=$$2)と比べFeが過剰だったことから、表面で$$beta$$-FeSi$$_2$$から$$epsilon$$-FeSiへの分解が起こっていることが示唆された。また、加熱処理後の表面の形状は結晶面に依存していた。さらに、973並びに1073Kにおいて、$$beta$$-FeSi$$_2$$(111)の基板上に平滑なホモエピタキシャル膜を成長させることができた。

論文

Surface characterization of homoepitaxial $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ film on $$beta$$-FeSi$$_{2}$$(111) substrate by X-ray photoelectron and absorption spectroscopy

江坂 文孝; 山本 博之; 鵜殿 治彦*; 松林 信行*; 山口 憲司; 社本 真一; 間柄 正明; 木村 貴海

Physics Procedia, 11, p.150 - 153, 2011/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

$$beta$$-FeSi$$_{2}$$は光通信デバイスなどへの幅広い応用が期待されている半導体材料である。しかしながらその表面に関しては未知な点も多く、正確な構造・組成の把握及びそれに基づく制御が、実用化に向けた課題の一つとなっている。本研究では、放射光を励起源としたX線光電子分光(XPS)法及びX線吸収分光(XAS)法を用い、$$beta$$-FeSi$$_{2}$$(111)単結晶上にエピタキシャル成長した$$beta$$-FeSi$$_{2}$$薄膜表面の組成及び化学状態について非破壊で分析を行った。この結果、薄膜表面に生じたSiO$$_{x}$$層の膜厚,化学状態の深さ方向への変化に関する知見を得ることができた。

論文

Spectroscopic characterization of $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ single crystals and homoepitaxial $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ films by XPS and XAS

江坂 文孝; 山本 博之; 鵜殿 治彦*; 松林 信行*; 山口 憲司; 社本 真一; 間柄 正明; 木村 貴海

Applied Surface Science, 257(7), p.2950 - 2954, 2011/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:59.2(Chemistry, Physical)

エネルギー可変の放射光を励起源として光電子スペクトルを観測した場合、光電子の運動エネルギーの変化に応じて電子の脱出深さが変化することから、表面の深さ方向分布を非破壊的に得ることが可能となる。本研究では放射光を用いたX線光電子分光法と、これよりも分析領域の深いX線吸収分光法(XAS)を用い、$$beta$$-FeSi$$_{2}$$単結晶上にホモエピタキシャル成長させた$$beta$$-FeSi$$_{2}$$薄膜表面組成及び化学状態について、非破壊深さ方向分析を行った。得られたXPSスペクトルから、励起エネルギーの増大とともにSiO$$_{2}$$及びSiO$$_{x}$$に起因するピーク強度が減少し、相対的にシリサイドによるピーク強度が増大することを明らかにした。これらの結果をもとに深さプロファイルを評価し、単結晶表面にはそれぞれSiO$$_{2}$$層0.8nm及びSiO$$_{x}$$層0.2nmが形成されていること、Fe/Si組成比は深さ方向にほとんど変化しないことが確認された。発表ではXASによるFe-L及びSi-K吸収端測定から、より深い表面領域の結果について解析を行った結果についても併せて報告する。

論文

X-ray photoelectron and X-ray absorption spectroscopic study on $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ thin films fabricated by ion beam sputter deposition

江坂 文孝; 山本 博之; 松林 信行*; 山田 洋一*; 笹瀬 雅人*; 山口 憲司; 社本 真一; 間柄 正明; 木村 貴海

Applied Surface Science, 256(10), p.3155 - 3159, 2010/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:44.66(Chemistry, Physical)

放射光を用いたX線光電子分光法(XPS),X線吸収分光法(XAS)を用い、イオンビームスパッタ蒸着法により作製した$$beta$$-FeSi$$_{2}$$薄膜の表面化学状態及び深さプロファイルを非破壊的に解析した。873$$sim$$1173Kで成膜した試料についてXPS測定を行った結果、基板温度973Kでは、励起エネルギー(分析深さ)の減少とともにSiO$$_{2}$$及びSiO$$_{2-x}$$に起因するピークの割合が増加することを明らかにした。この結果から、最表面に1nm以下のSiO$$_{2}$$層が、さらにその直下にSiO$$_{2-x}$$層が形成されていることを確認した。また、XASによるFe-L吸収端測定では、873Kで成膜した場合には未反応のFe、1173Kでは$$alpha$$-FeSi$$_{2}$$の存在する可能性が示唆された。

論文

Modelling of hydrogen release from functional materials via cellular automaton

志村 憲一郎*; 山口 憲司; 寺井 隆幸*; 山脇 道夫*

Journal of Alloys and Compounds, 449(1-2), p.357 - 361, 2008/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

金属材料中の水素輸送に関するセルオートマトン(CA)モデルを構築した。本モデルは、脱離,表面-バルク間輸送,拡散の3部分により構成され、これを用いて、表面を介してのバルク-気相(真空)間における水素輸送の過渡応答を模擬した。計算の結果、初めて、水素が透過する下流側表面からバルク内部への逆方向の拡散が起こることが示せた。こうした現象が起こるのは、過渡初期の段階で表面拡散が律速となって脱離を抑制し、表面に水素が蓄積するからである。こうした事象は、通常の拡散方程式を解くことでは決して予測できない。なぜなら、拡散方程式において表面は単なる境界条件として処理されるにすぎないからである。このように、CA法は過渡応答を解析するのに優れた手法であると思われる。

論文

Aligned defects behaviour of $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ thin film on Si(100) substrate prepared by ion beam sputter deposition

笹瀬 雅人*; 山口 憲司; 山本 博之; 社本 真一; 北條 喜一

Journal of Physics; Conference Series, 100, p.042016_1 - 042016_4, 2008/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:20.89

従来までの研究により、Si基板へのイオン照射による表面処理が$$beta$$鉄シリサイドの高品質な薄膜成長に有効であることを見いだしてきた。これらの研究の過程において、しばしば成膜後の膜中には基板界面に沿った形で欠陥集合体が観察される。観察された欠陥は成膜時の熱処理により拡散し集まったものと思われるが、これらの挙動が明らかになれば効果的な欠陥の抑制や除去方法が明らかとなるだけでなく薄膜としての品質向上にもつながることが期待される。本研究においては各種イオン照射条件にて作製した基板を、透過型電子顕微鏡を用いた薄膜の断面観察によって欠陥の生成及び変化に関する検討を行った。これらの結果から、イオン照射により生じる欠陥が、鉄シリサイド薄膜生成に及ぼす影響について議論する。

論文

Local neutron transmutation doping using isotopically enriched silicon film

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

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 68(11), p.2204 - 2208, 2007/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:66.21(Chemistry, Multidisciplinary)

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。

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