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論文

Fabrication of microstructures embedded in SC-CVD diamond with a focused proton microbeam

加田 渉*; 神林 佑哉*; 三浦 健太*; 猿谷 良太*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 花泉 修*

Key Engineering Materials, 643, p.15 - 19, 2015/05

Micro-processing procedures have been extensively studied using a Proton Beam Writing (PBW) technique in order to fabricate two or three dimensional microscopic patterns in single-crystal chemical vapor deposition (SC-CVD) diamonds. In this study, various microscopic patterns were drawn on SC-CVD diamonds (3.0 mm $$times$$ 3.0 mm $$times$$ 0.5 mm IIa single-crystal) at various fluences with PBW using 0.75 and 3 MeV proton beams. The beam conditions of PBW other than the beam energy were as follows; a beam size of 1 $$mu$$m, a scanning area of 800 $$mu$$m $$times$$ 800 $$mu$$m and beam current of up to 100 pA. From the result of the observations based on the optical and electrical modification of SC-CVD, the microscopic patterns were fabricated in the diamonds by the micro-processing procedure varying fluence and beam energy. This result demonstrated that the micro-processing procedure with PBW enables us to fabricate the two or three dimensional microscopic patterns, which are optically and electrically modified, in SC-CVD diamonds by optimizing fluence and beam energy.

論文

Development of diagnostic method for deep levels in semiconductors using charge induced by heavy ion microbeams

加田 渉*; 神林 佑哉*; 岩本 直也*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 児島 一聡*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 348, p.240 - 245, 2015/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:40.75(Instruments & Instrumentation)

Deep level defects in semiconductors act as carrier traps Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) is known as one of the most famous techniques to investigate deep levels. However, DLTS does not well work for samples with high resistivity. To overcome this issue, DLTS using charge generated by ion incidence was proposed. Recently, we developed a deep level evaluation system based on Charge Transient Spectroscopy using alpha particles from $$^{241}$$Am (Alpha Particle Charge Transient Spectroscopy: APQTS) and reported the effect of deep levels in 6H SiC pn diodes generated by electron irradiation on the characteristics as particle detectors. In this study, we report the development of Charge Transient Spectroscopy using Heavy Ion Microbeams (HIQTS). The HIQTS can detect deep levels with micron meter spatial resolution since microbeams are applied. Thus, we can clarify the relationship between deep levels and device characteristics with micron meter resolution. When a 6H-SiC pn diode was irradiated with 12 MeV-oxygen (O) ions at 4$$times$$10$$^{9}$$ and 8$$times$$10$$^{9}$$ /cm$$^{2}$$, the charge collection efficiency (CCE) decreased to 71 and 52%, respectively. HIQTS signals obtained from those damaged regions using 15 MeV-O microbeams increased at measurement temperature ranges above 350 K, and the signals are larger with increasing 12 MeV-O ion fluence.

口頭

プロトンビーム描画技術による単結晶CVDダイヤモンド内部への微細構造形成技術の開発

神林 佑哉*; 加田 渉*; 猿谷 良太*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; 三浦 健太*; 花泉 修*

no journal, , 

本研究では、CVDダイヤモンド内に光学顕微鏡を使用して観察できる微細構造の形成を目的に、ProtonBeamWriting (PBW)を用いた照射技術の開発を行っている。今回、予備的実験としてビーム照射による試料の着色等の光学的変化の有無を調べるため、H$$^+$$ビーム(1$$mu$$m)を用い、ビームエネルギー(0.75, 1.2, 3MeV)とフルエンス(0.1, 1.0, 10pC/$$mu$$m$$^2$$)を変えて、CVDダイヤモンド基盤にテスト形状(ライン&スペースとドット)を描画した。照射後の試料を反射型と透過型光学顕微鏡で観察したところ、ビームエネルギーに関係無く、フルエンス10pC/$$mu$$m$$^2$$では、反射型顕微鏡によりテスト形状部の着色が観測された。一方、0.1及び1.0pC/$$mu$$m$$^2$$では、着色は確認されず透過光顕微鏡によりテスト形状部の屈折率の変化が観測された。すなわちビーム照射によりCVDダイヤモンド内に光学顕微鏡で観察できる光学的変化が生じることを確認できた。さらに、フルエンスにより光学的変化を制御できる可能性が示唆された。

口頭

アルファ粒子誘起過渡電荷を用いた4H-SiCショットキーバリアダイオード中の欠陥評価

神林 佑哉; 小野田 忍; 加田 渉*; 牧野 高紘; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 大島 武; 神谷 富裕; 花泉 修*

no journal, , 

半導体デバイス中に発生する照射欠陥の評価技術として開発を進めているアルファ線誘起電荷スペクトロスコピー(APQTS)評価装置の改良を行うとともに、その装置を用いて電子線や陽子線照射により六方晶炭化ケイ素(4H-SiC)を用いたショットキーダイオード(SBD)型粒子検出器に発生する欠陥を調べた。評価装置の改良としては、従来の試料が固定されたチップキャリアを冷却・加熱する方式から、試料を直接冷却・加熱ホルダーに固定する方式へとすることで、200K$$sim$$600Kであった測定温度範囲を100K$$sim$$600Kとした。この装置を用いて、1MeV電子線, 3MeV陽子線を照射することで電荷収集効率を低下させた4H-SiC SBDのAPQTS評価を行った。その結果、350K付近にAPQTSスペクトルのピークが観測され、このピークをアレニウスプロットすることで活性化エネルギーを求めたところ0.55eVであることが判明した。この欠陥ピークが室温付近で観測されること、0.55eVと深い準位であることから、この欠陥の発生により4H-SiC SBDの粒子検出特性が低下すると結論できた。

口頭

ダイヤモンドショットキバリアダイオードを用いた高エネルギー荷電粒子の検出

小野田 忍; 神林 佑哉; 加田 渉*; 岩本 直也*; 牧野 高紘; 梅沢 仁*; 杢野 由明*; 鹿田 真一*; 花泉 修*; 神谷 富裕; et al.

no journal, , 

高エネルギー物理学などの粒子加速器を用いた科学実験において、粒子検出器は必要不可欠な存在である。近年、加速器の大強度化に伴い、検出器がさらされる放射線環境はさらに厳しいものとなっている。そのような中、ダイヤモンドはその優れた耐放射線性を根拠に、シリコン(Si)検出器に代わる粒子検出器材料として期待されている。本研究では、p型単結晶ダイヤモンドの縦型ショットキバリアダイオード(SBD)を作製し、高エネルギー粒子に対する検出応答特性を調べた。サイクロトロンからの高エネルギー荷電粒子(Ne-74MeV, Ar-150MeV, Kr-322MeV, Xe-454MeV)を照射した結果、低チャンネル側にノイズがあるものの、照射した全てのイオンのエネルギースペクトルを取得することに成功した。ただし、Kr-322MeVやXe-454MeVといった非常に高密度の電子正孔対を生成するイオン入射の場合では、シリコンSBD検出器でも報告されているパルス波高欠損が発現することを確認した。

口頭

Investigation of deep levels in silicon carbide using ion-induced charge transient spectroscopy

加田 渉*; 小野田 忍; 岩本 直也*; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 牧野 高紘; 神林 佑哉; 江夏 昌志; 花泉 修*; 神谷 富裕; et al.

no journal, , 

Charge transient spectroscopy (QTS) techniques using ionizing particle probes, 5.5 MeV alpha particles from an $$^{241}$$Am radiation source (APQTS) and focused heavy ions (10.5 MeV oxygen) from a 3 MV tandem accelerator (HIQTS) were applied in order to investigate effects of deep levels on the Charge Collection Efficiency (CCE) of Schottky Barrier Diodes (SBDs) fabricated on 4H Silicon Carbide (SiC). The degradation of CCE for 4H-SiC SBDs irradiated with 3 MeV protons at 10$$^{12}$$ /cm$$^{2}$$ was observed. The APQTS and HIQTS measurements for the irradiated 4H-SiC SBDs were performed. As a result, a deep level at an activation energy of 0.73 eV was detected from the irradiated 4H-SiC SBDs.

口頭

Investigation of deep levels in diamond based radiation detector by transient charge spectroscopy with focused heavy ion microbeam

安藤 裕士*; 神林 佑哉*; 加田 渉*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 佐藤 真一郎; 梅沢 仁*; 杢野 由明*; 鹿田 真一*; 花泉 修*; et al.

no journal, , 

次世代半導体放射線検出器材料としてダイヤモンド半導体が注目されており、その実現のためには、検出器特性を劣化させる結晶欠陥の詳細を明らかにする必要がある。今回、化学気相成長(CVD)により結晶成長したダイヤモンドを用いてショットキーバリアダイオードを作製し、ダイヤモンド中の欠陥準位を重イオンマイクロビームを用いた過渡電荷分光法によって調べた。その結果、0.27eVの活性化エネルギーをもつ欠陥準位が見出され、これがダイヤモンド放射線検出器の電荷収集効率に影響を及ぼしていることが明らかになった。

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