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論文

Effects of toroidal rotation shear and magnetic shear on thermal and particle transport in plasmas with electron cyclotron heating on JT-60U

吉田 麻衣子; 本多 充; 成田 絵美*; 林 伸彦; 浦野 創; 仲田 資季; 宮戸 直亮; 竹永 秀信; 井手 俊介; 鎌田 裕

Nuclear Fusion, 55(7), p.073014_1 - 073014_9, 2015/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:61.42(Physics, Fluids & Plasmas)

多くのトカマク装置では電子サイクロトロン加熱(ECH)時に熱や粒子の輸送が増大することが観測されており、ITERではECHを伴う運転シナリオの開発にとって重要な課題となっている。この課題を解決するために、JT-60Uの正磁気シアHモード放電、内部輸送障壁を伴う弱磁気シア放電と負磁気シア放電において、ECH印加時に熱及び粒子輸送が増加しない条件を調査した。その結果、トロイダル回転シアが負の大きい値をとる条件では、電子サイクロトロン加熱時のイオン熱輸送の上昇が抑えられることが分かった。この条件は、イオン温度対電子温度の比や、電子加熱パワーに寄らないことを明らかにした。磁気シアが負の値をとる条件では、その値の大きさに寄らず、電子熱輸送と粒子輸送が増加しないことが分かった。これらの結果は、ITERでのECH加熱シナリオの開発や電子加熱が主体となるITER及び原型炉でのプラズマ輸送特性の予知に重要な知見を与える。

論文

Gyrokinetic analyses of core heat transport in JT-60U plasmas with different toroidal rotation direction

成田 絵美*; 本多 充; 林 伸彦; 浦野 創; 井手 俊介; 福田 武司*

Plasma and Fusion Research (Internet), 10, p.1403019_1 - 1403019_11, 2015/03

The internal transport barriers (ITBs) formed in the tokamak plasmas with the weak magnetic shear and the weak radial electric field shear are often observed and the pressure gradient at the ITB is not very steep. In such plasmas the electron temperature ITB is steeper for co toroidal rotation cases than that for counter rotation cases. Clarifying the relationship between the rotation direction and heat transport in the ITB region, dominant instabilities are examined by the flux-tube gyrokinetic code GS2 to show that the linear growth rates $$gamma$$ for the co and counter rotation cases are comparable in magnitude, but the counter case shows the more trapped electron mode like frequency. The ratio of the electron heat diffusivity to the ion's is higher for the counter-rotation case. The difference in the ratio between the two cases agrees with the experiment. Investigating the flow shear effect on $$gamma$$ reveals that its effect is not so large as to change the aforementioned tendency.

論文

Physics comparison and modelling of the JET and JT-60U core and edge; Towards JT-60SA predictions

Garcia, J.*; 林 伸彦; Baiocchi, B.*; Giruzzi, G.*; 本多 充; 井手 俊介; Maget, P.*; 成田 絵美*; Schneider, M.*; 浦野 創; et al.

Nuclear Fusion, 54(9), p.093010_1 - 093010_13, 2014/09

 被引用回数:32 パーセンタイル:88.47(Physics, Fluids & Plasmas)

Extensive physics analysis and modelling has been undertaken for the typical operational regimes of the tokamak devices JET and JT-60U with the aim of extrapolating present day experiments to JT-60SA, which shares important characteristics with both tokamaks. A series of representative discharges of two operational scenarios, H-mode and hybrid, have been used for this purpose. Predictive simulations of core turbulence, particle transport, current diffusion and pedestal pressure have been carried out with different combinations of models. The ability of the models for reproducing the experimental data is analysed and scenario calculations for JT-60SA are performed following an optimum set of models.

論文

Turbulence analyses of improved electron energy confinement in H-mode plasmas with gyrokinetic calculations

成田 絵美; 本多 充; 林 伸彦; 滝塚 知典*; 井手 俊介; 伊丹 潔; 諫山 明彦; 福田 武司*

Plasma and Fusion Research (Internet), 8, p.1403082_1 - 1403082_8, 2013/06

In burning plasmas, the electron temperature $$T_mathrm{e}$$ is expected to exceed the ion temperature $$T_mathrm{i}$$ because of the alpha heating. The transport simulations showed that an increase in $$T_mathrm{e}/T_mathrm{i}$$ degrades the confinement. However in the International Global H-mode Confinement Database, there are data that have the $$H_mathrm{H}$$ factor exceeding unity in the $$T_mathrm{e}>T_mathrm{i}$$ region. This high $$H_mathrm{H}$$ can be attributed mainly to the improved electron confinement. The conditions required for the improvement have been investigated with the local flux-tube gyrokinetic code GS2. When the ion temperature gradient length is shorter than the electron one, ion temperature gradient (ITG) mode is dominant, whereas trapped electron mode (TEM) is stabilized. Under this situation, the electron heat diffusivity is suppressed. In addition, an increase in the magnetic shear also decreases the electron heat transport in the positive shear range.

論文

Analysis of $$T$$$$_{rm e}$$/$$T$$$$_{rm i}$$ effect on confinement properties

成田 絵美*; 滝塚 知典*; 林 伸彦; 藤田 隆明; 井手 俊介; 本多 充; 諫山 明彦; 伊丹 潔; 鎌田 裕; 田中 靖之*; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 7(Sp.1), p.2403102_1 - 2403102_5, 2012/07

In order to improve the prediction capability of confinement properties in burning plasmas with intensive electron heating, we have re-visited the DB3v10 International H-mode Confinement Database with emphasis on the temperature ratio $$T$$$$_{rm e}$$/$$T$$$$_{rm i}$$ and considerations on kinetic profiles. It was thereby found that the impact of $$T$$$$_{rm e}$$/$$T$$$$_{rm i}$$ is more apparent for discharges with peaked density profiles. Namely, HH factor improves with an increase of peakedness in the density profile for $$T$$$$_{rm e}$$/$$T$$$$_{rm i}$$ $$<$$1, whereas it tends to deteriorate with the density peaking for $$T$$$$_{rm e}$$/$$T$$$$_{rm i}$$ $$>$$1. The confinement scaling with a contribution of $$T$$$$_{rm e}$$/$$T$$$$_{rm i}$$ was also elaborated. In addition, the influence of $$T$$$$_{rm e}$$/$$T$$$$_{rm i}$$ described above was examined qualitatively with GLF23 and GS2 codes, which provided results corroborating the performed regression analysis, indicating the interplays of ITG and TEM.

論文

Bonding structure of ultrathin oxides on Si(110) surface

山本 喜久*; 富樫 秀晃*; 加藤 篤*; 末光 眞希*; 成田 克*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1074, p.36 - 40, 2008/00

本研究ではSi(110)表面の極薄酸化膜の結合構造をリアルタイム放射光光電子分光法で調べた。実験はSPring-8のBL23SUの表面化学実験ステーションで行われた。酸化温度は813Kで、酸素圧力は1.1$$times$$10$$^{-5}$$Paとした。結果として、第一層と第二層Si原子にかかわるSi2p光電子ピークの内殻準位シフトが、O1sピークの急激な初期増加に対応して急激に減少した。このことはSi(110)-16$$times$$2再構成表面と酸素分子との大きな反応性を示唆している。

論文

Real-time observation of initial thermal oxidation on Si(110)-16$$times$$2 surfaces by O 1s photoemission spectroscopy using synchrotron radiation

末光 眞希*; 加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 今野 篤史*; 山本 喜久*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 成田 克*; 遠田 義晴*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 46(4B), p.1888 - 1890, 2007/04

 被引用回数:12 パーセンタイル:46.58(Physics, Applied)

リアルタイムX線光電子分光法を用いてSi(110)の所期酸化が調べられた。O 1s光電子スペクトルの時間発展はわずかに1.5L相当の酸素導入によっても急速に酸化が進むことを示した。最初の酸化は比較的小さい結合エネルギー成分が主であるが、徐々に比較的大きな結合エネルギー成分に置き換わる。従来知られているSi(111)のドライ酸化のO 1s光電子スペクトルと比較して、Si(110)-16$$times$$2表面のアドアトムかその周辺で酸化が起こると推察される。

論文

Si(110)とSi(100)表面の初期酸化過程の違い; リアルタイム光電子分光測定から

末光 眞希*; 加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 今野 篤史*; 山本 喜久*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 成田 克*

信学技報, 106(108), p.61 - 63, 2006/06

Si(110)-1$$times$$2表面の初期酸化過程をリアルタイム光電子分光法により評価し、Si(100)面酸化と比較した。Si(110)表面ドライ酸化は酸素導入開始直後に表面の数分の1原子層が直ちに酸化される急速初期酸化を示す。急速初期酸化は結合エネルギーの小さいO1s状態の発展を伴い、酸化の進行にしたがってより結合エネルギーの大きなO1s状態がより強く発展する。急速初期酸化は1$$times$$2再配列構造に含まれるとされるSi(111)面と類似した表面アドアトム近傍の酸化と関係付けられる。

論文

Real-time observation of initial thermal oxidation on Si(110)-16$$times$$2 surface by photoemission spectroscopy

末光 眞希*; 加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 今野 篤史*; 山本 喜久*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 遠田 義晴*; 成田 克*

ECS Transactions, 3(2), p.311 - 316, 2006/00

Si(110)表面の初期熱酸化過程を放射光を活用したリアルタイムX線光電子分光法で調べた。Si(110)表面の初期酸化は酸素ガス導入直後の急激な酸化の存在で特徴付けられる。O1s光電子ピークのピーク分離によると少なくとも二つの独立した酸化サイトの存在が示唆された。それらはSi(110)-16$$times$$2表面の複雑な構造を反映しているようである。

口頭

Initial oxidation of Si(110) as evaluated with real-time XPS

末光 眞希*; 加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 今野 篤史*; 山本 喜久*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 成田 克*

no journal, , 

次世代CMOSテクノロジーのキーテクノロジーと目されるSi(110)表面の初期ドライ酸化過程を、放射光光電子分光を用いて調べた。高温・低圧反応領域におけるSi(110)表面酸化物の時間発展は、3種類の時間領域からなることが明らかになった。これは従来のSi(001)表面が単独の時間領域を示すことと対照的である。Si(110)初期酸化の特徴は、同表面の原子構造によって理解可能である。

口頭

Si(110)とSi(100)表面の初期酸化過程の違い; リアルタイム光電子分光測定から

末光 眞希*; 加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 今野 篤史*; 山本 喜久*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 成田 克*

no journal, , 

Si(110)-16$$times$$2表面の初期酸化過程をリアルタイム光電子分光法により評価し、Si(100)面酸化と比較した。Si(110)表面ドライ酸化は酸素導入開始直後に表面の数分の1原子層が直ちに酸化される急速初期酸化を示す。急速初期酸化は結合エネルギーの弱いO1s状態の発展を伴い、酸化の進行に従って、より結合エネルギーの高いO1s状態がより強く発展する。急速初期酸化は16$$times$$2再配列構造に含まれるとされるSi(111)ライクな表面アドアトム近傍の酸化と関係付けられる。

口頭

リアルタイム光電子分光測定によるSi(110)-16$$times$$2初期酸化過程の観察,1

富樫 秀晃*; 加藤 篤*; 山本 喜久*; 今野 篤史*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 成田 克*

no journal, , 

Si(110)面は正孔移動度がSi(100)面と比較して大きいため、より高速の電子デバイス動作が期待されている。また3次元フィン型トランジスタ構造に用いられる面方位として高集積化の観点からも有望視されている。しかし、デバイス作製の鍵を握る極薄酸化膜の初期形成過程は、これまでほとんど解明されて来なかった。今回われわれはリアルタイム放射光光電子分光法を用いてSi(110)-16$$times$$2清浄表面の初期酸化過程における酸化物被覆率の時間発展を観察した。その結果、例えば基板温度540$$^{circ}$$C,酸素圧力1.1$$times$$10-5Paで酸化した際に、酸化開始直後に表面の数10パーセントが酸化される急速初期酸化過程が存在することを見いだした。このような急速初期酸化過程はSi(001)-2$$times$$1表面の初期酸化過程では見られないものであり、Si(110)-16$$times$$2再配列表面に周期的に存在するアドアトムクラスターと関連付けて理解される。たとえばpentagon-pair modelでは5個の原子から構成されるアドアトムクラスターが表面に0.25ML存在するとされており、今回得られた初期酸化被覆率と矛盾しない。

口頭

リアルタイム光電子分光測定によるSi(110)-16$$times$$2初期酸化過程の観察,2

加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 山本 喜久*; 今野 篤史*; 成田 克*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

no journal, , 

Si(110)面は正孔移動度がSi(100)面と比較して約1.5倍大きく、また3次元デバイスの活性面として使われている。しかし、デバイス作製の鍵を握る極薄酸化膜の初期形成過程は、これまでほとんど解明されて来なかった。われわれはリアルタイム放射光光電子分光法を用い、酸素を用いたSi(110)-16$$times$$2清浄表面の室温酸化過程における酸化物被覆率の時間発展を観察したので報告する。酸素圧力1.1$$times$$10$$^{-5}$$Paで室温酸化したときのO1sスペクトルの時間発展では、酸素供給量の増大とともにO1sピーク強度が増大し、同時にピーク位置が高結合エネルギー側にシフトする。このピークシフトは、内殻結合エネルギーの異なる二種類の酸化状態が存在し、それらの強度が酸化の進展に伴って異なる時間発展を持つことに由来する。各ピーク強度の時間発展、Si2pスペクトル挙動、及び、熱的安定性の評価から、Si(110)表面の室温初期酸化がSi(100)面にない特徴的な反応を示すことを見いだした。これらはSi(110)-16$$times$$2再配列構造に存在するアドアトムクラスターの存在と関連付けて理解することができる。

口頭

Si(110)酸化初期過程のSR-XPS解析

末光 眞希*; 加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 今野 篤史*; 山本 喜久*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 成田 克*

no journal, , 

Si(110)-16$$times$$2表面の初期酸化過程を単色放射光を活用した光電子分光法によりリアルタイムその場観察してSi(100)面の酸化様式と比較した。Si(110)表面の酸素分子によるドライ酸化は酸素ガス導入直後に表面の数分の1原子層が直ちに酸化される様相を示した。酸素の1s内殻準位の光電子スペクトルはふたつの成分に分離できた。急速初期酸化に伴って結合エネルギーの小さな成分ピークが発展し、さらに酸化の進行に伴ってより結合エネルギーの大きな成分ピークが強く発展する。急速初期酸化はSi(110)清浄表面の16$$times$$2再配列構造に含まれるとされるSi(111)表面に類似した表面アドアトム近傍の酸化であると推測される。

口頭

リアルタイム光電子分光測定によるSi(110)-16$$times$$2初期酸化過程の観察,1

富樫 秀晃*; 加藤 篤*; 山本 喜久*; 今野 篤史*; 成田 克*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 高橋 裕也*; 朝岡 秀人

no journal, , 

Si(110)面は正孔移動度がSi(100)面と比較して大きいため、より高速の電子デバイス動作が期待されている。また3次元フィン型トランジスタ構造に用いられる面方位として高集積化の観点からも有望視され、Si(110)面は高速化,高集積化の両者から注目を集めている。このように次世代トランジスタ構造として重要なSi(110)面であるが、デバイス作製の鍵を握る極薄酸化膜の初期形成過程は、これまでほとんど解明されてこなかった。われわれはリアルタイム放射光光電子分光法と走査型トンネル顕微鏡を用いてSi(110)-16$$times$$2清浄表面の初期酸化過程における酸化膜被覆率の時間発展を観察した。その結果、Si(001)-2$$times$$1表面では見られない、Si(110)-16$$times$$2表面特有の急速な初期酸化過程が存在することを見いだした。このような酸化過程は、Si(110)-16$$times$$2再配列表面に特徴的に存在するアドアトムクラスターが寄与する現象と考えられる。

口頭

リアルタイム光電子分光測定によるSi(110)-16$$times$$2初期酸化過程の観察,2

加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 山本 喜久*; 今野 篤史*; 成田 克*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 高橋 裕也*; 朝岡 秀人

no journal, , 

Si(110)面は正孔移動度がSi(100)面と比較して約1.5倍高く、またダブルゲート,トリプルゲートMOSトランジスタ等の3次元デバイスの活性面として使われるなど、高速化,高集積化の両面から注目を集めている。このように次世代トランジスタ構造として重要なSi(110)面であるが、デバイス作製の鍵を握る極薄酸化膜の初期形成過程は、これまでほとんど解明されてこなかった。われわれはリアルタイム放射光光電子分光法と走査型トンネル顕微鏡を用い、Si(110)-16$$times$$2清浄表面への室温酸化過程における酸化物被覆率の時間発展を観察したので報告する。その結果、異なる二種類の酸化状態が存在し、酸化の進展に伴って一方の酸化状態へ移行する過程を見いだした。これらは酸化にかかわるSi(110)-16$$times$$2再配列構造に特徴的に存在するアドアトムクラスターと関連した現象であると考えている。

口頭

Si(110)-16$$times$$2清浄表面初期酸化過程の放射光・光電子分光による観察

加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 山本 喜久*; 今野 篤史*; 成田 克*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 高橋 裕也*; 朝岡 秀人

no journal, , 

Si(110)面の酸化は次世代CMOS技術として注目を集めている。今回、リアルタイム放射光光電子分光法を用いて酸素ガスによるSi(110)-16$$times$$2清浄表面の初期酸化過程を解析した。酸素圧力1.1$$times$$10$$^{-5}$$Paで室温酸化したところ、O1s光電子スペクトルは三つのピークに分離された。酸化が進むにつれて低結合エネルギーの酸化状態からより高い結合エネルギーの酸化状態へと変化することから、低結合エネルギー状態が準安定であることが示唆された。高温酸化でも同様に三つのピークに分離できたが、準安定ピークは含まれていない。こうした低温酸化での準安定ピークの振る舞いはSi(111)表面の酸化でも見られることから、Si(110)表面が(111)ファセットを多く含むと推察される。室温,高温ともにSi(110)表面の初期酸化は酸素導入直後に表面の20-30%が直ちに酸化される急速初期酸化を示した。これは今回得られた実験結果からSi(110)-16$$times$$2再配列構造に存在するアドアトムクラスターが優先的に酸化されることによるものと理解できる。

口頭

Si(110)-16$$times$$2初期酸化過程のリアルタイム光電子分光

山本 喜久*; 富樫 秀晃*; 加藤 篤*; 長谷川 智*; 後藤 成一*; 中野 卓哉*; 末光 眞希*; 成田 克*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿

no journal, , 

放射光光電子分光法を用いてSi(110)-16$$times$$2表面の初期酸化過程を調べた。この表面特有で他の面方位には見られない急激な初期酸化が観察された。O1s光電子スペクトルの解析から、Si-Si結合への酸素の挿入が初期酸化で主要な過程であることがわかった。その急速初期酸化はSi2pのサブピークの減少を伴う課程である。これはペンタゴンペアの優先的な酸化に伴うSi(110)-16$$times$$2表面の再配列を意味している。

口頭

Si(110)-16$$times$$2表面初期酸化過程の放射光光電子分光

富樫 秀晃*; 山本 喜久*; 後藤 成一*; 高橋 裕也*; 中野 卓哉*; 加藤 篤*; 長谷川 智*; 今野 篤史*; 末光 眞希*; 朝岡 秀人; et al.

no journal, , 

本研究では、Si(110)-16$$times$$2清浄表面の酸素ガスによる初期酸化過程を放射光光電子分光法(SR-XPS)によって調べた。SR-XPS測定はSPring-8の原子力機構専用表面化学実験ステーションにて行った。使用した基板はBドープp型Si(110)基板で、抵抗率は8$$Omega$$cmから12$$Omega$$cmである。基板をウェット洗浄処理後に超高真空中で数回1200$$^{circ}$$Cまでフラッシング加熱することにより清浄表面を得た。酸化は酸素圧力10$$^{-6}$$Paから10$$^{-4}$$Pa、基板温度500$$^{circ}$$Cから670$$^{circ}$$Cで行った。同様の酸化条件におけるSi(001)面の酸素吸着曲線に比べて有意に速い初期酸化を示すことがわかった。その急速初期酸化において、Si2pバルク成分のうちSi(110)-16$$times$$2表面の基本構成要素であるペンタゴンペアに関連付けられる成分が著しく減少した。このことから、Si(110)-16$$times$$2表面で見られる急速初期酸化現象は、ペンタゴンペアが優先的に酸化されることで生じたと結論した。

口頭

Si(110)16$$times$$2清浄表面高温初期酸化過程におけるSR-XPS O1sスペクトルの観察

山本 喜久*; 富樫 秀晃*; 今野 篤史*; 加藤 篤*; 成田 克*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

no journal, , 

Si(110)面はデバイスのさらなる高速化・高集積化の観点から注目されているマルチゲートFETにおける活性面として重要である。われわれはSi(110)表面の高温初期酸化過程をリアルタイム放射光光電子分光により観察した。Si(110)面は酸化のごく初期に飽和値の3割程度が吸着する急速初期酸化を示した後、ラングミュア的に増加しながら飽和する。AnらはSi(110)面の16$$times$$2再配列構造としてペンタゴンペアと呼ばれるアドアトムクラスターを含む構造を提案している。ペンタゴンペアを構成するSi原子の数は16$$times$$2単位胞に含まれるSi原子の25%であり、飽和吸着量に対する初期吸着量の割合とよく符号する。両者のこの一致は、Si(110)清浄表面構造の構成要素であるペンタゴンペアが酸化初期において優先的に酸化されることを強く示唆している。

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