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山岸 茂直*; 林田 健志*; 三澤 龍介*; 木村 健太*; 萩原 雅人; 村田 智城*; 廣瀬 左京*; 木村 剛*
Chemistry of Materials, 35(2), p.747 - 754, 2023/01
被引用回数：5 パーセンタイル：88.89(Chemistry, Physical)The so-called "ferroaxial transition" characterized by a rotational structural distortion that breaks a mirror symmetry has gained growing interest in terms of a new class of ferroic state in crystalline materials. RbFe(MoO
)
which belongs to glaserite-type compounds, X□;1 Y□;2 [M(TO
], is one of the most representative materials showing a ferroaxial transition, i.e., ferroaxial materials. Considering a variety of glaserite-type compounds, we expect that they provide a good arena for ferroaxial materials. In this work, we explored new ferroaxial materials by formula-based screening using regular expression search and symmetry detection algorithm. As a result, we found that a glaserite-type compound, KZr(PO), is one of the promising candidates for ferroaxial materials. Experimentally, we demonstrate that KZr(P O) shows a ferroaxial transition at about 700 K, which is well explained by ab initio phonon calculations. The ferroaxial nature of KZr(PO) is further confirmed by the observation of its domain structures using a linear electrogyration effect, that is, optical rotation in proportion to an applied electric field. Our work provides an effective approach to exploring ferroaxial materials.
大島 武; 横関 貴史; 村田 航一; 松田 拓磨; 三友 啓; 阿部 浩之; 牧野 高紘; 小野田 忍; 土方 泰斗*; 田中 雄季*; et al.
Japanese Journal of Applied Physics, 55(1S), p.01AD01_1 - 01AD01_4, 2016/01
被引用回数：14 パーセンタイル：54.58(Physics, Applied)In this study, we report the effects of 
-ray irradiation and subsequent annealing on the electrical characteristics of vertical structure power 4H Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) with the blocking voltage of 1200 V. The MOSFETs were irradiated with -rays up to 1.2 MGy in a N atmosphere at room temperature (RT). During the irradiation, no bias was applied to each electrode of the MOSFETs. After the irradiation, the MOSFETs were kept at RT for 240 h to investigate the stability of their degraded characteristics. Then, the irradiated MOSFETs were annealed up to 360 
C in the atmosphere. The current-voltage (I-V) characteristics of the MOSFETs were measured at RT. By 1.2 MGy irradiation, the shift of threshold voltage (V
) for the MOSFETs was -3.39 V. After RT preservation for 240 h, MOSFETs showed no significant recovery in V. By annealing up to 360 C, the MOSFETs showed remarkable recovery, and the values of V become 91 % of the initial values. Those results indicate that the degraded characteristics of SiC MOSFETs can be recovered by thermal annealing at 360 C.
土方 泰斗*; 三友 啓*; 松田 拓磨*; 村田 航一*; 横関 貴史*; 牧野 高紘; 武山 昭憲; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; et al.
Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.130 - 133, 2015/11
In order to develop semiconductor devices with MGy radiation resistivity, we are developing power metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs) based on silicon carbide (SiC) semiconductors. The -ray irradiation responses of power SiC-MOSFETs were studied under various irradiation temperatures and humidity with various gate-bias conditions. Making comparisons between these responses, the optimum device operating condition and a better device structure were derived and MGy resistivity was achieved. Besides, -ray irradiation tests for a motor-driver circuits consisting of SiC-MOSFETs were carried out, and as a result, their continuous operation up to 2 MGy was confirmed.
武山 昭憲; 松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 小野田 忍; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; et al.
Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.134 - 137, 2015/11
Influence of -ray irradiation under high temperature and high humidity circumstance on the electrical characteristics of Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) was investigated. The drain current (I
)-gate voltage (V
) curves shifted to the negative voltage side and no significant further shift was observed with increasing the dose above 10 kGy. Suppression of the negative shift of threshold voltage (V
) means that positive charges generated by irradiation were thermally annealed by elevated temperature during irradiation. The leakage current slightly increased at 5 and 10 kGy, however, those values recovered to be approximately the initial value above 40 kGy. Humidity circumstance attributed to remarkable suppression of the leakage current in comparison with dry circumstance.
榊原 哲朗; 青山 佳男; 山口 大美; 佐々木 尚*; 西川 雄*; 村田 実*; Park, J.*; 谷口 尚司*; 藤田 満*; 福田 友幸*; et al.
Proceedings of International Waste Management Symposium 2009 (WM '09) (CD-ROM), 15 Pages, 2009/03
放射性廃棄物の溶融減容処理において、廃棄物の詳細な分別が不要となる超高周波溶融炉による減容システムを開発した。るつぼ容量10リットルの小型試験装置と、容量30リットルの実証試験装置を用いて数10
100kHzの電磁誘導により金属とセラミックスを同時に誘導加熱し溶融固化体を作製した。作製した固化体の健全性を確認するとともに、計算シミュレーションにより算出した炉内の電磁場と流動状況と試験結果とを比較評価した。また、試験データ及び計算評価結果からるつぼ容量100リットルの実用規模設備の設計を実施した。
山下 清信; 新藤 隆一; 村田 勲; 丸山 創; 藤本 望; 竹田 武司
Nuclear Science and Engineering, 122, p.212 - 228, 1996/00
被引用回数：23 パーセンタイル：85.69(Nuclear Science & Technology)高温ガス炉用の核設計コードシステム(NDCS)を、既存のコードの改良及び格子燃焼計算コードDELIGHTの新たな開発により、確立し、その検証は、VHTRC-1の実験データを用いて行った。NDCSを用い炉心内の出力分布の最適化を行い、ブロック型高温ガス炉として世界で最も高い原子炉出口冷却材温度950Cを達成可能な高温工学試験研究炉(HTTR)の核設計を行った。出力分布の最適化は、ウラン濃縮度及び可燃性毒物諸元を炉心内で変化させることにより行った。核分裂性物質の燃焼による出力分布の最適形状からの逸脱は、局所反応度を平坦化することにより防止した。同時に炉心全体の過剰反応度を必要最小限に抑制し、制御棒を炉心内に殆ど挿入せずに原子炉を運転できるようにした。ここで行ったNDCSの開発及びHTTRの設計により、低濃縮ウランを用い、950Cのような高い原子炉出口冷却材温度を目ざすブロック型高温ガス炉の核設計手法の基礎が確立したと言える。
Sr
MnO
の圧力下におけるメタ磁性転移寺井 智之*; 村田 剛志*; 掛下 知行*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久
no journal, ,
層状ペロブスカイト型マンガン酸化物La
Sr
MnOの金属-絶縁体転移並びに電荷整列相転移などの特徴的な現象は、ほかのペロブスカイト型マンガン酸化物と同様に、電子の有する電荷・スピン・軌道の自由度の間の強い相関に起因することが知られている。特にxが0.3近傍では、わずかな組成の違いにより、磁気構造が大きく異なることが報告されている。最近、LaSrMnO(x=0.315)に静水圧を負荷すると、約85Kから110Kの間に新しい磁性相が現れ、磁化曲線に磁化のとびが現れることが見いだされた。しかしながら、この新しい磁性相の磁気構造及び磁気転移過程はいまだに明確にはされていない。そこで、LaSrMnO単結晶を作製し、静水圧下において中性子回折及び磁化測定を行い、この磁性相の磁気構造及び磁気転移過程を明らかにした。大気圧下では約85Kで磁化容易軸がc軸方向からab面内方向へ回転し、約85Kから95Kの間ではキャント反強磁性を示し、さらに、約110Kで常磁性へ転移することがわかった。一方、0.8GPaの静水圧下では、約80Kから100Kの間ではキャント反強磁性相が現れ、約100Kから120Kの間は反強磁性相を示すことがわかった。これらの結果より、大気圧下において既にキャント反強磁性相が存在しており、さらに、静水圧の負荷により、キャント反強磁性相及び反強磁性相が安定に存在する領域が広がることがわかった。
SrMnO(x=0.315)の静水圧下における磁気構造解析村田 剛志*; 串田 悠彰*; 寺井 智之*; 掛下 知行*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久
no journal, ,
層状ペロブスカイト型マンガン酸化物LaSrMnO(x=0.315)は、P
1.0GPaの静水圧下において75115Kの温度域で反強磁性相が出現すると考えられていた。本研究ではこの反強磁性を明らかにする目的で、静水圧下における中性子回折実験を行った。その結果、この物質は0.8GPaにおいて約70K以下の温度でc軸方向に磁気モーメントが向いている強磁性(FMuniaxial)であり、約70KでFMuniaxialからキャントした反強磁性(CAFM)に転移し、さらに温度が上昇すると約105KでMnO
二重層内では磁気モーメントがab面内方向に平行に配列し、それらの層間で反平行に配列している反強磁性(AFMplanar)に転移することを明らかにした。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*; 村田 真樹*
no journal, ,
次世代半導体リソグラフィ用EUV光源の開発において重要な、シミュレーションによる最適化を目的とする、Sn, Xeの原子データの計算や、原子過程モデルの構築の方法について述べる。EUV光源の発光特性を明らかにするためには、Sn, Xeイオンの主要な共鳴線の正確な波長を理論,実験的に求めることと、及びこれらのイオンが持つ非常に多くの多電子,多重励起状態のうちのどのような状態が発光に寄与するかを知ることが必要である。本報告では、データベース技術を、Sn, Xeイオンの原子状態の電子配置の情報をもとに発光特性の評価に重要な状態の組を求めるために利用し、原子モデルを系統的に変化させた収束計算を行って、プラズマの温度,密度に対する、価数,輻射輸送係数の値を決定した結果を示す。
村田 耕司*; 松浦 秀治*; 小野田 忍; 大島 武
no journal, ,
アルミニウムを添加した炭化ケイ素(Silicon Carbide: SiC)に電子線を照射することで移動度が減少する機構を明らかにするため、ホール係数測定により求めた移動度と計算値を比較した。計算では、イオン化不純物散乱、中性不純物散乱、有極性光学フォノン散乱、無極性光学フォノン散乱、音響フォノン散乱を考慮し、マティーソンの法則を用いて移動度を求めた。比較の結果、イオン化及び中性不純物散乱、有極性光学フォノン散乱は移動度に寄与しないことがわかった。一方、音響フォノン散乱及び無極性光学フォノン散乱は移動度に大きく寄与していることがわかった。電子線の照射量が増加するに従い、音響フォノン散乱及び無極性光学フォノン散乱による影響が大きくなり、移動度が減少していくことがわかった。さらに、音響フォノン散乱の方が無極性光学フォノン散乱に比べて、移動度の減少により大きな影響を及ぼしていることも明らかとなった。
線照射効果村田 航一; 三友 啓; 松田 拓磨; 横関 貴史; 牧野 高紘; 阿部 浩之; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.
no journal, ,
原子力施設で使用可能な超耐放射線性エレクトロニクスの開発の一環として、炭化ケイ素(SiC)トランジスタの動作状態に及ぼす線照射効果を調べた。試料は、耐圧1.2kV、定格電流20Aのサンケン電気製の六方晶(4H)SiC金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を用いた。ゲート電極にそれぞれ-4.5, 0, +4.5Vの電圧を印加し、線を照射した。その結果、ゲートに正電圧を印加した試料は、負電圧を印加した場合や印加しない場合と比較して、デバイスの動作電圧である「しきい値電圧(V
)」が大きく負電圧側にシフトすることが判明した。また、負電圧印加と無電圧の場合を比較すると、100kGy程度の線量までは、両者ともVの値に変化は見られないが、それ以上の線量では無電圧のものは負電圧方向にVがシフトすることが明らかになった。以上の結果は、酸化膜界面付近に正孔を捕獲する欠陥が多く存在し、正電圧の印加の場合は正孔が界面側に流れ込み欠陥が正に帯電することでVの大きなシフトとなるが、負電圧を印加した場合は、正孔は電極側に流れることで界面付近の欠陥に捕獲されないためVのシフトが少ないというモデルで説明できる。
線照射によるSiC MOSFETの耐放射線性評価松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 阿部 浩之; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.
no journal, ,
原子炉等の極限環境下で作業可能なロボット開発に向け、SiC(炭化ケイ素)半導体を用いたMOSFET(金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ)の耐放射線性強化に関する研究を行った。150Cの温度で、
Co線を4MGyまで照射した結果、しきい値電圧の負電圧側へのシフトが、室温照射に比べ抑制されていることを見いだした。具体的には、1MGyまではしきい値電圧が負電圧側へシフトを示したが、それよりも大きな照射量になると、負電圧側へのシフトが抑制されて一定値となることがわかった。これは高温照射により、酸化膜界面付近にトラップされる正孔がアニールされてしまうためであると考えられる。
線照射効果の酸化膜作製プロセスによる違い三友 啓*; 松田 拓磨*; 村田 航一*; 横関 貴史; 牧野 高紘; 阿部 浩之; 小野田 忍; 大島 武; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; et al.
no journal, ,
SiC MOSFETのゲート酸化膜形成時、通常のドライ酸化で現れた高い界面準位密度D
が、ドライ酸化後の窒化処理によって大幅に低減化されており、窒化処理は高品質なSiC MOSFETの作製には不可欠なものとなっている。本研究では、異なる窒素濃度で処理を行い作製したSiC MOSFETに線照射を行い、特性劣化に及ぼす影響を調べた。実験には耐圧1.2kV、定格電流20A、オン抵抗100m
、ゲート定格電圧20Vのサンケン電気製の4H-SiC MOSFETを用い、N
O 100%ガスによって処理した試料と、NOを10%希釈したガスによって処理した試料の2種類を用意した。これら試料に線を800kGy(SiO)まで照射し、電流電圧特性からしきい値電圧(Vth)を算出した。その結果、NO 100%では、総線量100kGy以降大きな負電圧方向へのシフトを示し800kGyの照射でノーマリーオンに陥った。一方、NO 10%のサンプルは照射によって緩やかにVthが低下するが、NO 100%のような大きな変化は見られず、線耐性に対する優位性が認められた。このことから、窒化濃度は、耐放射線性の向上に関与する重要なパラメータと考えられる。
線照射したSiC MOSFETの電気的特性評価松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 武山 昭憲; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故の収束に向けた研究開発の一環として、炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の耐放射線性強化に関する研究を推進しており、これまでに150Cでの高温照射により特性劣化が抑制されることを見出している。今回は、SiC MOSFETの高温下線照射効果のメカニズム解明のため、MOSFETと同じプロセスで作製したSiC MOSキャパシタに150Cで線照射を行い、高周波キャパシタンス-電圧(C-V)測定の変化を調べた。その結果、照射量の増加とともにC-V曲線は形状(傾き)を変化させずに負電圧側にシフトする振る舞いを示すこと、シフト量は室温照射に比べて少ないことが明らかとなった。C-V曲線のシフトはゲート酸化膜中の固定電荷の発生に、傾きの変化はSiCと酸化膜の界面準位の発生に由来することから、高温下における線照射効果は主に酸化膜中に発生する固定電荷に起因するが、その発生量は室温に比べて少ないため特性劣化が抑制されると結論できた。
線照射によるSiC MOSFETの電気特性変化武山 昭憲; 松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故の収束作業用ロボットへの応用が期待される炭化珪素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の実環境での耐放射線性を検証するため、高温・加湿雰囲気(150C、湿度100%)下でSiC MOSFETへ線を照射し、その電気特性の変化を調べた。試料には、ゲート酸化膜厚45nm (乾燥酸素中(Dry)酸化+ NO処理により作製)のnチャネル4H-SiC MOSFETを用いた。総線量1000kGyまで照射を行い、照射後のドレイン電流(I)-ゲート電圧(V)を測定した。比較のため、同様の試料を加湿せずに150C乾燥窒素中で1.2MGy照射した場合における電気特性についても調べた。その結果、加湿あり、なし照射の両方ともI-V曲線は負電圧側のシフトの抑制がみられ、高温照射により酸化膜中に生成した正の電荷がアニールされていることが判明した。また、加湿あり照射では、線照射によるリーク電流の増加が抑制されることが見いだされた。
線照射によりSiC MOSFETsに生成される電荷の線量依存武山 昭憲; 松田 拓磨*; 横関 貴史*; 三友 啓*; 村田 航一*; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故の収束作業用ロボットへの応用が期待される炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の実環境での耐放射線性を検証するため、高温・加湿雰囲気下でSiC MOSFETへ線を照射し、酸化膜中に発生する固定電荷と、酸化膜-SiC界面に生ずる界面準位密度の線量依存を調べた。耐圧1.2kV、定格電流20A、ゲート酸化膜厚45nmのnチャネル4H-SiC MOSFETを、温度150C、湿度100%に保ち線照射を行った。線量率3.61kGy(SiO)/hで総線量1800kGyまで照射を行い、途中、試料を取り出してドレイン電流(I)-ゲート電圧(V)を測定・解析することで酸化膜中の固定電荷及び界面準位密度を求めた。比較のため、加湿せずに高温照射(乾燥窒素中150C)のみの条件での照射試験も行った。その結果、高温・高湿度での照射の場合、高温のみでの照射と比べて、酸化膜中の固定電荷および界面準位の生成が抑制され、電気特性の劣化が少ないことが判明した。
線照射耐性におけるSiC-MOSFETの構造最適化武山 昭憲; 三友 啓*; 松田 拓磨*; 村田 航一*; 横関 貴史*; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大島 武; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; et al.
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故の収束作業用ロボットへの応用が期待される炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の放射線耐性強化研究の一環として、SiC MOSFETのゲート酸化膜厚と線照射劣化の関係を調べた。耐圧1.2kV、定格電流20A、ゲート酸化膜厚35nmまたは60nmのnチャネル六方晶(4H)SiC MOSFETに、乾燥窒素雰囲気下、線量率3.61kGy(SiO)/hで総線量6.8MGyまで線を照射した。途中、試料を取り出してドレイン電流(I)-ゲート電圧(V)を測定・解析することでしきい値電圧の線量依存性を調べた。その結果、酸化膜厚60nmのMOSFETは高線量側でしきい値電圧が大きく低下するが35nmのものは大きな劣化が見られなかった。このことより、酸化膜を薄くすることでSiC MOSFETの放射線耐性強化が可能であることが判明した。
線照射効果に及ぼすゲートバイアスの影響武山 昭憲; 村田 航一*; 三友 啓*; 松田 拓磨*; 横関 貴史*; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.
no journal, ,
炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を回路に接続しスイッチング動作させながら線照射を行うと、SiCMOSFET単体で照射した場合に比べ電気特性の劣化が抑制されることを見出しているが、その原因は明らかとなっていない。そこでSiCMOSFETのゲートに電圧を正バイアス(+4.5V)から無バイアス(0V)にスイッチさせながら線照射を行い、電気特性の変化を調べた。その結果、照射中に正バイアスから無バイアスに印加電圧を変化させると、しきい値電圧Vの負電圧シフトが大幅に抑制される現象が観察された。これより、無バイアスでの照射により、正バイアス印加での照射により大きく劣化していた特性が回復するため、スイッチング動作させて照射したSiCMOSFETの電気特性の劣化が抑制されているということが結論できた。
山岸 茂直*; 林田 健志*; 三澤 竜介*; 木村 健太*; 萩原 雅人; 村田 智城*; 廣瀬 左京*; 木村 剛*
no journal, ,
In recent years, ferroaxial order is discussed as a new class of ferroic states [1,2]. This order is a structural order characterized by a partial rotational distortion, which was initially introduced by R.D. Johnson et al. in 2011 [1]. It has been attracting increased interests because of its potential for unconventional physical phenomena and new functionalities such as transverse responses in which input external fields induce output conjugate physical quantities along the perpendicular direction [3]. However, only a few ferroaxial materials have been reported to date, (e.g., NiTiO
[4,5] and RbFe(MoO) [5]). In this work, we sought new ferroaxial materials by formula-based screening using a regular expression search and the symmetry detection algorithm. As a result, we found that a glaserite- type compound, KZr(PO) , is one of the promising candidates for ferroaxial materials. Furtheremore, our ab initio phonon calculations suggested that this compound undergoes a ferroaxial transition. Experimentally, by the structural analysis using neutron powder diffraction measurements, we demonstrated that KZr(PO) shows a ferroaxial transition at about 700 K. The ferroaxial nature of KZr(PO) was further confirmed by the observation of its domain structures using a linear electrogyration effect, that is, optical rotation in proportion to an applied electric field [6]. In this presentation, we will provide details of the database screening and the experiments. [1] R. D. Johnson et al., Phys. Rev. Lett. 107, 137205 (2011). [2] J. Hlinka et al., Phys. Rev. Lett. 116, 17 (2016). [3] S.-W. Cheong et al., npj Quantum Mater. 6, 58 (2021). [4] T. Hayashida et al., Nat. Commun. 11, 4582 (2020). [5] T. Hayashida et al., Phys. Rev. Mater. 5, 124409 (2021). [6] S. Yamagishi et al., Chem. Mater. 35, 747 (2023).
