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論文

Temperature dependence of electric conductivities in femtosecond laser modified areas in silicon carbide

出来 真斗*; 岡 知輝*; 高吉 翔大*; 直井 美貴*; 牧野 高紘; 大島 武; 富田 卓朗*

Materials Science Forum, 778-780, p.661 - 664, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.54

炭化ケイ素(SiC)基板へフェムト秒レーザー照射を行うと、SiCの比抵抗が5桁程度低下することが知られている。本研究ではフェムト秒レーザーを照射したSiCの電気伝導機構に関する知見を得るため、フェムト秒レーザー照射部における抵抗値の温度依存性を測定し、照射部の活性化エネルギーを求めた。試料は半絶縁性SiCであり、基板上に1mmの間隔を設けて蒸着した2つのアルミニウム電極の間へフェムト秒レーザーを照射した。照射条件は、照射エネルギー密度21J/cm$$^{2}$$、レーザー走査速度100$$mu$$m/secとした。フェムト秒レーザー照射後、測定温度122$$sim$$473Kにおいて電極間の抵抗値の温度依存性を測定した。その結果、伝導体の下端からそれぞれ8.3および86meVにおいてエネルギー準位が存在することがわかった。以上のことより、照射エネルギー密度21J/cm$$^2$$の室温における抵抗値の低下は、8.3meVの活性化エネルギーを持つ順位に起因していると考えられる。

論文

Single event gate rupture in SiC MOS capacitors with different gate oxide thicknesses

出来 真斗*; 牧野 高紘; 児島 一聡*; 富田 卓朗*; 大島 武

Materials Science Forum, 778-780, p.440 - 443, 2014/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:60.31

炭化ケイ素(4H-SiC)半導体を用いて作製した金属-酸化膜-半導体(Metal Oxide Semiconductor: MOS)キャパシタにおける高エネルギー重イオンに対する信頼性について検討した。実験は、蓄積方向に直流電界を印加した4H-SiC MOSキャパシタへ重イオンを照射し、酸化膜の絶縁破壊電界(Ecr)を測定した。重イオンのLET(Linear Energy Transfer: LET)を変えた照射を行うことでEcrのLET依存性の実測に成功し、Ecrは照射重イオンのLETに反比例する結果が得られた。この実験結果と、既に報告されているシリコン(Si)MOSキャパシタにおけるEcrのLET依存性とを比較した結果、Siと比較してSiC MOSキャパシタの方がEcrが大きく絶縁破壊耐性が高いことが明かになった。

論文

Heavy-ion induced anomalous charge collection from 4H-SiC Schottky barrier diodes

牧野 高紘; 出来 真斗; 岩本 直也; 小野田 忍; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 平尾 敏雄*; 大島 武

IEEE Transactions on Nuclear Science, 60(4), p.2647 - 2650, 2013/08

 被引用回数:10 パーセンタイル:59.34(Engineering, Electrical & Electronic)

SiCデバイスのイオン誘起破壊現象研究の一環として、逆方向電圧を印加したn型六方晶(4H)SiCショットキーダイオードへ重イオンを照射し、ダイオード内で収集される電荷量を測定した。その結果、イオンの飛程がエピタキシャル層厚と同等、もしくはそれ以上の場合に、本来、入射イオンがイオンダイオード内に生成する電荷量を越えた多量の電荷収集が発生することが観測された。解析の結果、ショットキーダイオードにおける過剰な電荷収集においては、イオンの飛程とエピタキシャル層厚の関係が重要なパラメータであり、エピタキシャル層と基板の界面付近で発生した電荷によりポテンシャルが変動し、基板側から電荷が流れ込むという描像で説明できることが見いだされた。

論文

Breakdown voltage in silicon carbide metal-oxide-semiconductor devices induced by ion beams

大島 武; 出来 真斗; 牧野 高紘; 岩本 直也; 小野田 忍; 平尾 敏雄*; 児島 一聡*; 富田 卓朗*; 松尾 繁樹*; 橋本 修一*

AIP Conference Proceedings 1525, p.654 - 658, 2013/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.05

炭化ケイ素(SiC)半導体デバイスのシングルイベント現象(SEGR)を把握するため、SiCエピタキシャル膜に金属-酸化膜-半導体キャパシタ(MOS)を作製し、イオン入射によりMOSキャパシタの酸化膜から検出される漏れ電流を調べた。n型六方晶(4H)SiCエピタキシャル基板上に1100$$^{circ}$$C、60分間の水素燃焼酸化を行うことで60$$sim$$80nmのゲート酸化膜を形成し、Al金属蒸着によりMOSキャパシタを作製した。作製したMOSキャパシタのゲート電極に電圧を印加した状態で、18MeVの酸素(O)又はニッケル(Ni)イオンを照射し、照射中にゲート酸化膜から検出される漏れ電流を測定した。その結果、18MeV-Oイオン照射の場合、未照射試料でのゲート酸化膜絶縁破壊電界8.2MV/cmまで漏れ電流の急激な変化はないが、18MeV-Niイオンでは7.3MeV/cmの電界強度で漏れ電流の急激な上昇が観測されSEGRが発生することが明らかとなった。18MeV-Oの線エネルギー付与(LET)が7MeVcm$$^{2}$$/mgであるのに対し、Niは24MeVcm$$^{2}$$/mgであることから、Niの場合、Oに比べ高密度のエネルギーが付与されSEGRに至ったと結論できる。

論文

LET dependence of gate oxide breakdown of SiC-MOS capacitors due to single heavy ion irradiation

出来 真斗; 牧野 高紘; 富田 卓朗*; 橋本 修一*; 児島 一聡*; 大島 武

Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.78 - 81, 2012/12

炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体(MOS)キャパシタへ電圧を印加した状態で重イオンを照射し、ゲート酸化膜の絶縁破壊電界(E$$_{rm CR}$$)と入射イオンのエネルギー付与(Linear Energy Transfer: LET)との関係を調べた。n型六方晶(4H)SiC MOSキャパシタへ、9MeVのニッケル(Ni)、18MeVのNi、322MeVのクリプトン(Kr)及び454MeVのキセノン(Xe)を照射した。それぞれのイオンのLETは、14.6, 23.8, 42.2及び73.2MeVcm$$^{2}$$/mgである。その結果、LETの増加に伴うE$$_{CR}$$の低下が確認され、E$$_{rm CR}$$の逆数とLETには直線関係があることが見いだされた。この直線関係はシリコン(Si)MOSデバイスにおいても報告されているが、SiCの場合は半導体内部で1個の電子正孔対を生成するエネルギーがSiと比較して大きいことから、Siに比べ傾きがなだらかとなることが判明した。

論文

Heavy-ion-induced charge enhancement in 4H-SiC schottky barrier diodes

牧野 高紘; 出来 真斗; 岩本 直也; 小野田 忍; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 大島 武

Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.66 - 69, 2012/12

SiCデバイスのイオン誘起破壊現象の発生メカニズム解明を目指し、n型六方晶(4H)SiCショットキーダイオード内で発生する電荷量を測定した。ショットキーダイオードは、n型4H-SiC基板の上に成長させた30$$mu$$m厚のエピタキシャル層上に作製した。照射は、ダイオード内での飛程約26$$mu$$mを持つKr-322MeVを用いた。ダイオードに逆方向電圧を印加し、収集される電荷量をチャージアンプ(ORTEC 142C)で測定した。測定の結果、400V以上の電圧を印加した場合、Krがダイオード内に生成する電荷量を越えた電荷収集が発生した。イオン入射数と観測された電荷発生イベント数が同じであることから、この過剰な電荷は、ダイオード内に生成された電荷が何らかの理由で増幅されたものといえる。ダイオードは電荷によって破壊されることから、SiCショットキーダイオードの破壊現象の発生メカニズムにとって重要な知見といえる。

論文

Electrical conduction properties of SiC modified by femtosecond laser

伊藤 拓人*; 出来 真斗; 富田 卓朗*; 松尾 繁樹*; 橋本 修一*; 北田 貴弘*; 井須 俊郎*; 小野田 忍; 大島 武

Proceedings of 12th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2011) (Internet), 5 Pages, 2011/06

The polarization dependence of local electric conductivity in Silicon carbide (SiC) modified by femtosecond laser (fs-laser) was studied. The surface of SiC was irradiated by fs-laser with the different polarization configurations. In the case that the scanning direction is parallel to the electric field, the local electric conductivity drastically increases with increasing fs-laser fluence. On the other hand, in the case that the scanning direction is perpendicular to electric field, the local electric conductivity slightly increase with increasing fluence. According to Raman spectroscopy and secondary electron microscope observation, we found that the amorphous-Si, -C, -SiC are created for parallel irradiation, but the amorphous-SiC is created for perpendicular irradiation. Therefore, we suggests that the polarization dependence of local electric conductivity is due to the chemical composition of laser modified region.

論文

Refreshable decrease in peak height of ion beam induced transient current from silicon carbide metal-oxide-semiconductor capacitors

大島 武; 岩本 直也; 小野田 忍; 牧野 高紘; 出来 真斗; 野崎 眞次*

AIP Conference Proceedings 1336, p.660 - 664, 2011/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:51.27

炭化ケイ素(SiC)デバイスのイオン照射効果解明を目的に、エピタキシャル基板上に作製した金属-酸化膜-半導体(MOS)キャパシタに酸素15MeVイオンマイクロビームを照射し、発生するイオンビーム誘起過渡電流(Transient Ion Beam Induced Current: TIBIC)を測定した。その結果、デバイスに逆方向電圧-10Vを印加した場合、測定当初はTIBICシグナルのピーク高さは0.18mA程度であるが、測定を続け、1800発のイオン入射後には0.10mAまで低下することが判明した。イオン照射をいったん停止し、デバイスへ順方向電圧1Vを印加し、さらに-10V印加し直して測定を再開したところ、低下していたピーク高さが0.18mAとなり、初期値まで回復した。順方向の電圧によりピーク高さが戻ったことから、SiCと酸化膜の界面に存在する深い界面準位がイオン入射により発生した大量の電荷により中性化されることで実効的な印加電圧が減少し、TIBIC測定中にシグナルのピークが減少したと考えられ、このことから、SiC MOSデバイスの照射効果の理解には界面準位の電荷挙動も考慮しなければならないということが結論できる。

論文

Enhancement of local electrical conductivities in SiC by femtosecond laser modification

出来 真斗; 伊藤 拓人*; 山本 稔*; 富田 卓朗*; 松尾 繁樹*; 橋本 修一*; 北田 貴弘*; 井須 俊郎*; 小野田 忍; 大島 武

Applied Physics Letters, 98(13), p.133104_1 - 133104_3, 2011/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:52.83(Physics, Applied)

Enhancement of local electric conductivity in Silicon Carbide (SiC) induced by irradiation of femtosecond laser was studied. Current-voltage characteristics of the laser-modified regions were measured. As a result, it was found that the conductivity increases with increase in the fluence, and the conductivity sharply increases in the fluence range from 5.0 to 6.7 J/cm$$^2$$. The conductivity of modified region at the irradiation fluence of 53 J/cm$$^2$$ is six orders of magnitude higher than the non irradiated one. From the current-voltage characteristics and the scanning electron microscope observations, we conclude that the drastic change in electrical conductivity is assumed to be associated with the phase transition induced by femtosecond laser.

論文

Laser modification aiming at the enhancement of local electrical conductivities in SiC

出来 真斗; 伊藤 拓人*; 富田 卓朗*; 松尾 繁樹*; 橋本 修一*; 北田 貴弘*; 井須 俊郎*; 小野田 忍; 大島 武

Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.218 - 221, 2010/10

Femtosecond laser exhibits extremely high peak intensity and short pulse duration, and can process inside transparent materials without damaging the surface of sample. In this study, the local electrical conductivity in Silicon Carbide (SiC) is evaluated. As a result of femtosecond laser irradiation with various irradiation fluences, the drastic change of electrical conductivity is observed in resistivity ranges from 10$$^{9}$$ to 10$$^{7}$$ $$Omega$$. It is found that the local conductivity strongly depends on the fluence. We suggest that the local conductivity is attributed to the phase transition. From the surface observations by Secondary Electron Microscopy (SEM), we conclude that the formation of the classical laser-induced periodic structures causes the sudden increase in the electrical conductivities.

論文

Change in current induced from silicon carbide metal-oxide-semiconductor capacitors by oxygen ions

大島 武; 岩本 直也; 小野田 忍; 牧野 高紘; 出来 真斗; 野崎 眞次*

Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.85 - 88, 2010/10

In order to investigate radiation response of Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) devices, current induced from SiC MOS capacitors by oxygen (O) ion was investigated. MOS capacitors were fabricated on an n-type 6H-SiC epitaxial layer, and charge induced in the MOS capacitors by 15 MeV oxygen ion microbeams was measured using Transient Ion Beam Induced Current (TIBIC). As a result, the peak amplitude of TIBIC signals decreases and the fall time increases with increasing number of incident ions. The decrease in peak amplitude of the TIBIC signal eventually saturated after an incidence of 1000 ions. The TIBIC signal peak value can be refreshed to its original value by applying a positive bias of 1V to the oxide electrode. Charge collection, also, shows similar behavior to that of the TIBIC peak. These results can be interpreted in terms of charge trapping or de-trapping by deep hole traps near the interface of SiC and SiO$$_{2}$$.

論文

Single-shot picosecond interferometry with one-nanometer resolution for dynamical surface morphology using a soft X-ray laser

末元 徹; 寺川 康太*; 越智 義浩; 富田 卓朗*; 山本 稔; 長谷川 登; 出来 真斗*; 南 康夫*; 河内 哲哉

Optics Express (Internet), 18(13), p.14114 - 14122, 2010/06

 被引用回数:33 パーセンタイル:82.72(Optics)

波長13.9nmのプラズマ軟X線レーザーを用い、ダブルロイズ鏡配置によるポンププローブ干渉計を構築した。テストパタンを用いて空間分解能を評価した結果、二次元平面内にて1.8ミクロン、深さ方向に1nmを達成した。本装置により、時間分解能7psにて固体表面におけるナノメートルスケールの動態をシングルショットで観測することが可能である。白金薄膜に70fsレーザーを照射した際の初期におけるアブレーション過程の観測に成功した。

論文

Electronic properties of femtosecond laser induced modified spots on single crystal silicon carbide

富田 卓朗*; 岩見 勝弘*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 松尾 繁樹*; 橋本 修一*; 中川 圭*; 北田 貴弘*; 井須 俊郎*; 齋藤 伸吾*; et al.

Materials Science Forum, 645-648, p.239 - 242, 2010/04

フェムト秒レーザーを用いて炭化ケイ素(SiC)の改質を試みた。フーリエ変換赤外分光法(FTIR)法を用いて改質領域を調べた結果、残留線バンドの強度が減少し、この現象が結晶性の劣化によるものと説明できた。また、残留線バンドが偏波依存性を有することがわかり、この特性を活かすことで赤外領域で動作する光学素子への応用が期待できる。電流電圧特性測定とホール係数測定の結果、改質後の電気伝導度が改質前に比べて4桁以上も大きい5.9$$times$$10$$^{-2}Omega$$mになることがわかり、フェムト秒レーザーによりSiCの電気特性を改質できることを明らかにした。

口頭

軟X線レーザー干渉計を用いたナノスケール擾乱の高時間分解観察

越智 義浩; 寺川 康太*; 末元 徹*; 河内 哲哉; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 大場 俊幸; 海堀 岳史

no journal, , 

プラズマ軟X線レーザー(波長13.9nm,パルス幅7ps)を光源とする固体表面観測用の干渉計の開発を行った。本装置により、光誘起相転移等に伴う初期擾乱の発生,伝播の様子を、シングルショット・ポンププローブにより、ピコ秒の時間分解能,ナノメートルの空間分解能(Z方向)での観測を目指す。講演では静的なサンプルを用いて行った装置性能評価試験の結果について報告する。

口頭

Development of 0.1-Hz double-target X-ray laser and its application

越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 寺川 康太*; 末元 徹*; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 田中 桃子; 錦野 将元; et al.

no journal, , 

ジグザグスラブ型Nd:ガラス増幅器を主増幅部として用いたCPAレーザーを開発し、繰り返し頻度0.1Hzにて10J,ピコ秒のレーザーパルスを2ビーム同時に発生させることに成功した。このレーザーをドライバーとして用い、ダブルターゲット方式により空間的に完全コヒーレントな波長13.9nmの軟X線レーザーの高繰り返し発生を実現した。得られた軟X線レーザーの出力はエネルギーが約1$$mu$$J、ビーム広がりが0.5mrad、パルス幅が7psであり、極めて高輝度の軟X線光源である。装置開発の詳細、及びこの軟X線レーザーを用いた利用実験について発表する。

口頭

高繰り返し軟X線レーザーの開発と物性研究への応用

越智 義浩; 河内 哲哉; 長谷川 登; 寺川 康太*; 末元 徹; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 田中 桃子; 錦野 将元; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(原子力機構)・関西光科学研究所にて開発した軟X線レーザーの物性研究への応用を進めている。原子力機構の軟X線レーザーは波長13.9nmで空間コヒーレンスに優れ、パルス幅は7ピコ秒、パルスあたりの光子数が約10$$^{11}$$個と極めて高輝度な短パルス軟X線光源であり、最大繰り返し頻度は0.1Hzと実用的なレベルに達している。この軟X線レーザーを用いて、光誘起相転移等の固体表面における高速過渡状態を、ナノメートルの空間分解能かつピコ秒の時間分解能でシングルショット観察することを目指している。この軟X線レーザーを用いた干渉計を構築し、Pt/Siミラー上にナイフ傷をつけた静的なサンプルにて分解能の評価を行った結果を図に示す。表面擾乱(Z方向)に対して10nm程度、二次元空間(XY平面)に対して1.4$$mu$$mの空間分解能が得られている。なお、XY方向の空間分解能は検出器(CCDカメラ)のピクセルサイズによるものである。講演では、干渉計の詳細について報告し、本装置を用いた物性研究への展開について議論したい。

口頭

軟X線レーザープローブによる固体表面における高速過渡現象の観測

越智 義浩; 寺川 康太*; 末元 徹*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 富田 卓朗*; 長谷川 登; 河内 哲哉

no journal, , 

日本原子力研究開発機構関西光科学研究所にて、プラズマ軟X線レーザー(SXRL; 波長13.9nm,パルス幅7ps)の開発を行った。SXRLは優れた空間コヒーレンスを有する短パルス軟X線光源であり、パルスあたりの光子数が10$$^{10}$$個と極めて高輝度であることから、シングルショットでのピコ秒スナップショット撮像が可能となる。今回、光誘起相転移など、固体表面で生じる高速過渡現象の初期過程の解明を目的とし、SXRLをプローブ光源とした干渉計の構築を行った。講演では静的なサンプルを用いて行った装置性能評価試験の結果、及びポンププローブ実験で得られたアブレーションに伴う表面変位測定の結果について報告したい。

口頭

高輝度プラズマ軟X線レーザーの高繰り返し発生と物性研究への応用

越智 義浩; 河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 田中 桃子; 大場 俊幸; 岸本 牧; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構・関西光科学研究所において、空間コヒーレンスの極めて高い軟X線レーザーの発生に成功している。この高品質軟X線レーザーの発生頻度の向上を目的とし、ジグザグスラブ型ガラス増幅器を主増幅部に採用した高繰り返しドライバーレーザーの開発を行い、0.1Hzでの軟X線レーザー発生に成功した。本装置はコヒーレント軟X線光源として、物性研究における固体表面プローブとして利用され、可視光プローブよりも高い分解能を有する計測装置の開発に成功した。講演では、光源に関する詳細を報告するとともに利用研究の現況についても紹介する。

口頭

軟X線レーザープローブによる固体表面ダイナミクス観測手法の開発

越智 義浩; 寺川 康太*; 末元 徹*; 河内 哲哉; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 長谷川 登; 大場 俊幸; 海堀 岳史

no journal, , 

日本原子力研究開発機構・関西光科学研究所にて開発した高繰り返し軟X線レーザー(波長13.9nm,パルス幅7ps,繰り返し頻度(最大)0.1Hz)をプローブ源とした固体表面観測用の干渉計を開発した。FIBで加工したナノメートル深さ,ミクロン幅の構造体による分解能評価の結果、平面内分解能$$sim1.5$$$$mu$$m,凸凹方向分解能$$sim6$$nm,時間分解能$$sim7$$psであった。講演では、装置の詳細、及びプラチナ表面でのアブレーションダイナミクスの観測結果について報告する。

口頭

Applications of laser driven plasma soft X-ray laser in JAEA

越智 義浩; 河内 哲哉; 寺川 康太*; 末元 徹*; 山本 稔*; 富田 卓朗*; 出来 真斗*; 長谷川 登

no journal, , 

Laser drive plasma X-ray laser is one of the most brilliant X-ray sources. Owing to recent progress in the source development, the fully spatial coherent soft X-ray laser at a wavelength of 13.9 nm with the repetition-rate of 0.1 Hz is now routinely available in Japan Atomic Energy Agency (Kizu site). The X-ray laser pulse involves more than 10$$^{10}$$ photons in 7 ps duration. Such a bright, coherent, and picoseconds X-ray pulse can be used in a variety of applications such as X-ray speckle measurement and interferometer for probing materials, single-shot diffraction imaging, nano-fabrication, and so on. Some results of the X-ray laser applications, especially in material science, will be presented.

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