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山崎 竜也; 山崎 大; 朝岡 秀人; 田口 富嗣; 社本 真一; 豊島 安健*
表面科学, 31(8), p.380 - 385, 2010/08
新機能物質を用いた高集積化デバイス構造の作製には、格子不整合を克服できる新たなヘテロエピタキシー法の開発が重要である。Si基板上にSrTiO
(高誘電体ゲート絶縁膜)を形成する際、そのテンプレートとなるSr層の単結晶成長は、Siとの大きな格子不整合のため困難となっていた。それに対してわれわれは、Si表面を水素終端しておくことにより、Siと12%の格子不整合を克服してSr単結晶のヘテロエピタキシャル成長に成功した。そこで大きな格子不整合を克服させた具体的な界面構造に関して検討を行った。1原子層の水素がかかわる埋もれたヘテロ界面構造の検討のため、水素終端Si基板上にSrを蒸着させながら多重内部反射フーリエ変換赤外分光法(MIR-FTIR)により界面Si-H伸縮振動のその場観察を行い、またSrエピ終了後の埋もれたヘテロ界面構造は中性子反射率測定法(NR)を用いて評価した。MIR-FTIRを用いたその場観察では、Sr蒸着量の増加に伴い界面Si-Hの結合状態に変化が認められ、中性子反射率プロファイルには、水素・重水素終端Si基板の散乱長密度に由来する差異が確認された。これらの結果は、埋もれた界面での水素の存在を示しており、その水素が最初の結合状態を変化させてこのヘテロエピ界面の構成要素となっていることを示唆している。
山崎 竜也; 朝岡 秀人; 武田 全康; 山崎 大; 田口 富嗣; 鳥飼 直也*; 豊島 安健*; 社本 真一
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 33(3), p.611 - 614, 2008/09
われわれはSrTiOのテンプレートとなるSrやSrO薄膜とSi基板との格子不整合の緩衝域として水素,重水素単原子バッファー層を挿入し、12%もの格子不整合を克服した薄膜成長に成功した。単原子のナノレベル緩衝域の存在で、このような大きな格子不整合を克服しヘテロエピタキシー成長が成立したケースは極めて稀で、このユニークな薄膜の界面構造を解明することによって、新たな異種物質接合形態を見いだせる可能性が高い。しかしこの埋もれた界面は、通常の顕微鏡的な方法による直接的な観測が困難なため、これまで成膜後も界面に水素単原子層が残存しているか否か未だ実験的検証が十分になされておらず、水素表面への吸着原子の影響や、安定性について不明な点が多い。本研究では、埋もれた微小領域の水素界面層を実測する目的で、水素界面層を重水素に置換し中性子に対するコントラストを変化させ、解析精度を上げた中性子反射率測定を行った。また同時に多重内部反射赤外分法(MIR-FTIR)法を用いて、その場観察による基板直上の埋もれた水素・重水素界面での原子振動・結合状態の精密評価を行っている。これら複合的な手法による埋もれた界面解析の試みを紹介する。
山崎 竜也; 朝岡 秀人; 田口 富嗣; 社本 真一; 豊島 安健*
no journal, ,
水素単原子を挿入することによって12%の格子不整合を克服したSi基板上のSrヘテロエピタキシャル薄膜の成長が初めて可能となる。ヘテロ接合に存在する制限を解消するこの成長メカニズムを理解するために、多重内部反射赤外分光(MIR-FTIR)法を用いて、Sr薄膜初期成長過程における水素終端Si(111)界面のその場観察を行った。その結果、水素単原子に起因するSi-H間の赤外吸収の観測とともに、Sr成長に伴う吸収スペクトルの遷移過程を捉えることができた。
山崎 竜也; 朝岡 秀人; 田口 富嗣; 社本 真一; 豊島 安健*
no journal, ,
SrTiOのテンプレートとなるSrやSrO薄膜とSi基板との格子不整合の緩衝域として水素単原子バッファー層を挿入し、12%もの格子不整合を克服した薄膜成長に成功した。単原子のナノレベル緩衝域の存在で、このような大きな格子不整合を克服しヘテロエピタキシー成長が成立したケースは極めて稀で、このユニークな薄膜の界面構造を解明することにより、新たな異種物質接合形態を見いだせる可能性が高い。しかしこの埋もれた界面は、通常の顕微鏡的な方法による直接的な観測が困難なため、これまでも成膜後の界面に水素単原子層が残存しているか否か未だ実験的検証が十分になされておらず、水素表面への吸着原子の影響や、安定性について不明な点が多い。本研究では、埋もれた微小領域の水素界面層を実測する目的で、多重内部反射赤外分法(MIR-FTIR)法を用いて、Srエピタキシャル層とH-Si(111)との界面をその場観察し、基板直上の埋もれた水素の原子振動・結合状態の精密評価を行い、この埋もれた界面構造解明への試みを紹介する。
山崎 竜也; 朝岡 秀人; 田口 富嗣; 山本 博之; 社本 真一; 豊島 安健*
no journal, ,
われわれはSrTiOのテンプレートとなるSrやSrO薄膜とSi基板との格子不整合の緩衝域として水素単原子バッファー層を挿入し、12%もの格子不整合を克服した薄膜成長に成功した。単原子のナノレベル緩衝域の存在で、このような大きな格子不整合を克服しヘテロエピタキシー成長が成立したケースは極めて稀で、このユニークな薄膜の界面構造を解明することにより、新たな異種物質接合形態を見いだせる可能性が高い。しかしこの埋もれた界面は、通常の顕微鏡的な方法による直接的な観測が困難なため、これまでも成膜後の界面に水素単原子層が残存しているか否か未だ実験的検証が十分になされておらず、水素表面への吸着原子の影響や、安定性について不明な点が多い。そこで本研究では、この埋もれた水素界面層を実測する目的で多重内部反射赤外分光法ではSrエピタキシャル層とH-Si(111)との界面における水素の原子振動・結合状態をその場観察し、Sr蒸着後においては、中性子反射率測定により埋もれた水素界面層の実測を行った。その結果、エピ成長を可能にさせた界面層での水素の挙動を捉えることができたので報告する。
山崎 竜也; 朝岡 秀人; 田口 富嗣; 社本 真一; 豊島 安健*
no journal, ,
Si上にSrTiOを成長させるためのSrバッファー層が、Si表面を水素終端しておくことにより、12%もの格子不整合を克服し、歪みの少ないヘテロエピ層として成長することを見いだした。しかしこのヘテロエピ成長を可能にした、Si基板界面に存在する水素の役割について実験的検証は十分になされていない。そこで、この水素界面層を多重内部反射赤外分光法や中性子反射率測定により実測し複合的な解析を行った結果、ヘテロエピ成長にかかわる界面層の水素の挙動を捉えることができたので報告する。
山崎 竜也; 山崎 大; 朝岡 秀人; 田口 富嗣; 社本 真一; 豊島 安健*
no journal, ,
新機能物質を活用した高集積化デバイス構造の作製には、格子不整合を克服できる新たなヘテロエピタキシー法の開発が重要である。われわれはSi基板上にSrTiOを形成する際、そのテンプレートとなるSr層が、Si表面を水素終端しておくことにより、12%の格子不整合を克服してヘテロエピ成長することを既に報告したが、その具体的な界面構造、特に大きな格子不整合の克服に関して不明な点が多い。多重内部反射赤外分光(MIR-FTIR)法を用いたその場観察では、Sr蒸着量の増加に伴い界面H-Siの結合状態に変化が認められるが、水素の脱離などの可能性も考えられる。そこで中性子反射率(NR)法を用い、Srエピ終了後の完全に埋もれた界面の構造、特に水素の有無の確認を試みるため、中性子に対する散乱長の違いの大きいHとD(重水素)双方で同一の構造の試料をエピ成長させ、両者を比較した。その結果、NRプロファイルには埋もれた界面のHとDの散乱長の違いに由来すると考えられる明確な差異が認められ、モデルを用いたフィッティングともおおむね整合したことから、埋もれた界面での水素の存在、すなわち、水素がこのヘテロエピ界面の重要な構成要素であることが示唆された。
山崎 竜也; 山崎 大; 朝岡 秀人; 田口 富嗣; 社本 真一; 豊島 安健*
no journal, ,
高集積化が進むデバイステクノロジーには、新機能性材料の活用とともに、大きな格子不整合を克服できる新たなへテロエピタキシャル形成技術の開発が重要である。Si基板上にSrTiOを形成する際、そのテンプレートとなるSr層が、Si表面を水素終端しておくことにより、12%の格子不整合を克服してヘテロエピ成長することを既に報告した。その大きな格子不整合を克服させた、具体的な界面構造に関してさらに検討を行った。その構造の検討のための反射高速電子回折法(RHEED)による水素終端Si-H上のSr結晶成長過程のその場観察により、ヘテロエピ成長を実現させた界面は水素とSr単原子層で構成されていることを明らかにした。一方、多重内部反射赤外分光(MIR-FTIR)法による界面Si-H伸縮振動のその場観察を行ったところ、Srを約1原子層成長させるまでの段階でSi-Hの吸収が変化・消失し、水素が脱離した可能性が考えられる。そこで中性子反射率(NR)法を用い、Srエピ終了後の完全に埋もれた界面の構造、特に水素の有無の確認を試みた。そのNRプロファイルには明確な差異が認められ、埋もれた界面に存在するHとDの散乱長の違いに由来すると判断される。モデルを用いたフィッティングともおおむね整合しおり、重原子層を積層しているにも係わらず埋もれた界面での水素の存在が確認でき、水素がこのヘテロエピ界面の構成要素であることが明らかになった。
