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論文

Synchrotron radiation photoemission study of Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$/Ge structures formed by plasma nitridation

細井 卓治*; 朽木 克博*; 岡本 学*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 志村 考功*; 渡部 平司*

Japanese Journal of Applied Physics, 50(10), p.10PE03_1 - 10PE03_5, 2011/10

 被引用回数:11 パーセンタイル:50.49(Physics, Applied)

Chemical bonding states and energy band alignment of pure germanium nitride (Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$) formed on a Ge(100) substrate were characterized by synchrotron radiation photoemission spectroscopy (SR-PES). The core-level shift of 2.31 eV originating from Ge-N bonds (Ge$$^{4+}$$) with respect to the bulk Ge 3d$$_{5/2}$$ peak (Ge$$^{0+}$$) was determined. In situ SR-PES study on changes in Ge 3d, N 1s, and O 1s core-level spectra during thermal annealing revealed that oxidized surface layer on Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$ could be selectively removed at around 773 K, which was 50 deg lower than the decomposition temperature of Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$. The Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$ energy bandgap of 3.68 eV was experimentally determined. The valence band offset at a Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$/Ge(100) interface was also estimated to be 1.65 eV, and thus, the energy band alignment between Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$ dielectrics and Ge substrate was determined.

論文

Zr0$$_{2}$$ゲー卜絶縁膜を用いたGe MOSデバイスの界面設計

細井 卓治*; 岡本 学*; 朽木 克博*; 景井 悠介*; Harries, J.; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 志村 考功*; 渡部 平司*

応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会研究報告, p.145 - 148, 2010/01

われわれはリーク電流を減少させて優れた界面特性を持った高品質のhigh-$$k$$/Geゲートスタックを開発した。この製作にはGe基板上への直接ZrO$$_{2}$$デポジションとその加熱酸化が行われた。放射光光電子分光によると、ZrO$$_{2}$$/Ge構造の823Kでの熱酸化はZrO$$_{2}$$とGeの相互拡散がかりでなく、GeO$$_{2}$$界面層の生成をもたらした。等価酸化膜厚(EOT)は1.9nmで、界面準位密度はAu/ZrO$$_{2}$$/Geキャパシタで10$$^{11}$$cm$$^{-2}$$eV$$^{-1}$$と小さかった。さらに、Zr0$$_{2}$$層上にA1$$_{2}$$0$$_{3}$$を形成するとさらにEOTを小さくできることを見いだした。界面準位密度はAl$$_{2}$$O$$_{3}$$/ZrO$$_{2}$$/Geの30分の加熱で5.3$$times$$10$$^{10}$$cm$$^{-2}$$eV$$^{-1}$$であった。10分加熱では1.6nmまでEOTを低減できた。その場合のリーク電流は従来のpoly-Si/SiO$$_{2}$$/Siスタックに比べて二桁低い。

報告書

深部地質環境に対する微生物の影響に関する研究 -地下微生物群集の種組成と代謝の多様性に関する研究-

長沼 毅*; 岩月 輝希; 村上 由記; 濱 克宏; 岡本 拓士*; 谷本 大輔*; 藤田 夕佳*; 渡辺 史子*; 足立 奈保美*; 佐藤 誠*

JNC-TY7400 2003-001, 116 Pages, 2003/05

JNC-TY7400-2003-001.pdf:4.97MB

本報告書は、核燃料サイクル開発機構東濃地科学センターと広島大学生物生産学部間で行われた先行基礎工学共同研究「深部地質環境に対する微生物の影響に関する研究-地下微生物群集の種組成と代謝の多様性に関する研究」の成果を取りまとめるものである。概要を以下に示す。岐阜県東濃地域において、地下深部の微生物の存在量と多様性に関する研究を行った。蛍光染色法による全菌数の計測、呼吸活性やエステラーゼ活性等に基づいて、生菌数を調査したところ、全菌数の約0.001%-100%と求められた。これらの微生物の存在量は、環境要因(岩盤中の割れ目本数、地下水の水理・地球化学条件等)に依存していた。ウラン鉱床を含む堆積岩深部においては、地下水中の酸化還元化学種、微生物生息数、硫酸イオンの硫黄同位体比から、硫酸還元菌による硫酸還元反応が主要な酸化還元反応であることが明らかになった。また、硫酸イオンと塩酸イオンが良い相関を示しながら震度とともに増加しており、硫酸イオンの期限は堆積岩上部の海成層であると考えられた。このような地下水-鉱物-微生物システムにおける酸化還元プロセスは、海成層が陸地化してからも、硫酸還元菌が海成層から供給される硫酸イオンを堆積岩下部に豊富に存在する有機物で還元することで長期間続いてきたと推察される。硫酸イオンの供給速度と岩層中の硫酸態硫黄の含有量から、現在の水理条件が続く場合、硫酸還元菌による硫酸還元反応は今後数十万年間以上にわたって継続し、ウランを保持する還元環境が維持されると推察される。一方、花崗岩中の地下水においては、鉄関連細菌が鉄による酸化還元状態の形成に重要な役割を果たしていると考えられる。特に、花崗岩上部では鉄酸化菌が鉄コロイドの沈没に関与していると推察される。

論文

Production of a radioactive endovascular stents by implantation of $$^{133}$$Xe ions

渡辺 智; 長 明彦; 関根 俊明; 石岡 典子; 小泉 光生; 小嶋 拓治; 長谷川 昭*; 吉井 眞由美*; 岡本 栄一*; 青柳 恵子*; et al.

Applied Radiation and Isotopes, 51(2), p.197 - 202, 1999/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:48.24(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

現在、バルーンやステントを用いた動脈硬化の治療に伴う再狭窄の予防法として、血管内照射法が注目を集めている。本研究では、この血管内照射法に用いる$$^{133}$$Xe放射性ステントを、イオン注入法で製造した。イオン注入は、同位体分離器を用い、$$^{133}$$Xeイオンを40keVまたは60keVに加速して、ステンレス製ステントに注入した。結果として、最大100kBqの$$^{133}$$Xe放射性ステントを製造できた。なお、少数例ではあるが、動物実験において、再狭窄の原因である血管内膜の増殖が本ステントにより抑制されることが確認されている。

論文

アラニン線量計リーダーの開発

春山 保幸; 小嶋 拓治; 橘 宏行; 上松 敬; 岡本 次郎; 原 秀元*

Radioisotopes, 42(8), p.445 - 451, 1993/08

アラニン/ESR線量測定法を種々の放射線加工処理(線量範囲:1kGy~100kGy)の工程管理用ルーチン線量測定法として応用拡大するためには、簡単なアラニン線量計専用リーダーの開発が望まれている。そこで、ESR部、データー処理周辺機器(インターフェース)及びパーソナルコンピュータから構成された、取り扱いが容易な単一目的のアラニン線量計リーダーの開発を行った。まず、手動操作によりESR部についての測定パラメータの最適値を見い出した。これに基づき、ESR制御・データー処理用周辺機器類を同調させて機能させるためのプログラムを作成した。この自動化したリーダーは、放射線加工処理レベルである1kGy~100kGyの線量範囲について、1素子当たり1分以内の読み取りを$$pm$$1%(68%信頼度)の精度で可能とした。

論文

Development of portable ESR spectrometer as a reader for alanine dosimeters

小嶋 拓治; 春山 保幸; 橘 宏行; 田中 隆一; 岡本 次郎; 原 秀元*; 山本 康彦*

Applied Radiation and Isotopes, 44(1-2), p.361 - 365, 1993/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.04(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

アラニン線量計は信頼できる線量測定法としてよく知られているが、読取りに用いるESR装置の取扱いが複雑で高価な大型装置であるために利用が拡大されなかった。著者らは、すでに均一かつ均質な線量計素子の製造法を開発しており、このためESR装置の機能を単純化し小型化が可能となった。本ESR装置はデータ処理系を含めても60cm角の卓上に乗る程小型軽量化されているが、回路等の工夫により測定感度を損なわないよう設計・開発された。この装置を用いて、測定再現性、感度、安定性等について、アラニン線量計リーダとしての評価を行った。この結果、同一試料の読取り再現性は、試料入替を行っても$$pm$$2%であり、感度も放射線工業利用の線量範囲/kGy-100kGyをカバーでき、リーダとしての必要条件を満たしていた。本報告では、装置の概要・特長及びアラニン線量計リーダとして特に再現性と感度を中心とした評価結果について述べる。

論文

Recent progress in JAERI alanine/ESR dosimeter system

小嶋 拓治; 橘 宏行; 春山 保幸; 田中 隆一; 岡本 次郎

Radiation Physics and Chemistry, 42(4-6), p.813 - 816, 1993/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:38.22(Chemistry, Physical)

アラニン/ESR線量測定法はその優れた特性から、国内外において、医療用具の滅菌、食品照射等放射線加工処理、原子力・宇宙用材料の耐放射線性評価等広い分野への利用が期待され、$$gamma$$・X線の基準線量測定および、ルーチン用、電子線・重粒子線用の線量計素子の開発も進んでいる。これらの現状から、測定システムとして安価で簡単なESRリーダーの早期実現が望まれている。原研では、分析用ESRの使用実績から、簡単なアラニン線量計専用リーダーの開発を進め、1987年食品検査用小型ESRを改造したアラニン線量計測定システムの試作に成功した。これらの知見に基づき、簡易型アラニン線量計専用ESR装置および自動測定システムの開発を行った。開発の条件として、測定素子の限定、線量範囲の限定、ESR各種パラメータの単一化、装置および回路の単純化、自動制御の導入等により、操作の簡略な小型専用リーダが実現可能である。

論文

Alanine/ESR dosimetry system for routine use in radiation processing

小嶋 拓治; 春山 保幸; 橘 宏行; 田中 隆一; 岡本 次郎; 八木 国光*; 田村 直幸*; 原 秀元*; 柏崎 茂*

Radiation Physics and Chemistry, 42(4-6), p.757 - 760, 1993/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.04(Chemistry, Physical)

これまでアラニン/ESR線量測定法については、主に高精密に広い線量範囲が測定可能となる基準あるいはトランスファー線量測定を目的とした開発が行われてきた。一方、放射線滅菌を始めとする放射線プロセスの工程管理用として、簡便かつ安定性の高いルーチン用アラニン/ESR線量測定法の開発が望まれていた。本論文では、すでに開発されたアラニン線量計素子に比べて成形法を簡単化し、現在一般に使用されているプラスチック線量計よりも精密度が高い安価な素子の製造と線量計特性、及びこれと並行して開発された、通常の分光光度計に使い易さ・価格がともに匹敵する自動アラニン線量計リーダーの製造と装置特性について述べるとともに、この両者の組合わせにより、1-100kGyの線量範囲を$$pm$$3%以内で測定可能であることを明らかにした。

口頭

放射光XPSによるGe$$_{3}$$N$$_{4}$$膜の化学結合状態及び熱脱離過程のその場観察

細井 卓治*; 朽木 克博*; 岡本 学*; 原田 真*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 志村 考功*; 渡部 平司*

no journal, , 

HF洗浄したp-Ge(001)基板を超高真空中で加熱クリーニングした後、大面積窒素プラズマ処理装置を用いて基板温度623K・高周波電力50W・窒素分圧10.5Torrで30分間の窒化処理を施した。その窒化膜の化学結合状態及び熱脱離過程を放射光XPSでその場観察した。清浄Ge表面のXPSスペクトルから、Ge3d5/2と3/2の結合エネルギーは29.2eVと29.8eVであった。高密度プラズマにより窒化した試料は大気暴露により窒化膜表面が酸化されるため、熱処理前の試料ではGeの窒化成分と酸化成分の両方が存在する。773Kの真空中加熱処理によりGeO$$_{2}$$成分のみが選択的に熱脱離し、純Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$膜のXPSスペクトルが得られた。これより、窒化GeはGe3d5/2ピーク位置から2.2eV化学シフトすることがわかった。

口頭

界面特性に優れたAl$$_{2}$$O$$_{3}$$/ZrO$$_{2}$$/GeO$$_{2}$$積層構造ゲート絶縁膜の作製と評価

岡本 学*; 朽木 克博*; 景井 悠介*; Harries, J.; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

no journal, , 

High-k/GeスタックとしてAl$$_{2}$$O$$_{3}$$/ZrO$$_{2}$$/GeO$$_{2}$$/Geスタックを作製し、その構造並びに電気特性評価を行った。光電子スペクトルにはGeO$$_{2}$$界面層の成長を示すケミカルシフト成分(Ge$$^{4+}$$)に加え、ZrGeO反応層及びこれらの中間状態の存在を示す成分を確認できた。この絶縁膜上にAu電極を形成してAu/Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/ZrO$$_{2}$$/GeO$$_{2}$$/Geキャパシタを作製し、室温にてC-V測定を行った。ヒステリシスは21mVと小さく、周波数分散の少ない良好な特性を得た。低温コンダクタンス法で求めたミッドギャップ近傍の界面準位密度は5.3$$times$$10$$^{10}$$cm$$^{-2}$$eV$$^{-1}$$であり、界面特性に優れたHigh-k/Geスタックの作製に成功した。

口頭

4H-SiC(000$$bar{1}$$)面の熱酸化により形成したSiO$$_{2}$$/SiC界面の放射光XPS評価

桐野 嵩史*; 景井 悠介*; 岡本 学*; Harries, J.; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 箕谷 周平*; 中野 佑紀*; 中村 孝*; 細井 卓治*; et al.

no journal, , 

SiCの(000$$bar{1}$$)$$_{C}$$面の界面特性及び信頼性劣化要因の解明を目指して、(000$$bar{1}$$)$$_{Si}$$及び(000$$bar{1}$$)$$_{C}$$面に形成したSiO$$_{2}$$/SiC界面の化学結合状態を放射光XPSを用いて評価した。Si2pピークからSi2p$$_{3/2}$$成分を抽出した。SiC基板と酸化膜からの信号に加えて、価数が異なるサブオキサイド成分が観察された。(000$$bar{1}$$)$$_{C}$$面に形成した酸化膜界面では(000$$bar{1}$$)$$_{Si}$$面と比較してSi$$^{1+}$$成分は少ないが高価数成分が増大し、サブオキサイド成分の総量が多いことが明らかとなった。また(000$$bar{1}$$)$$_{C}$$面に形成した酸化膜の結合エネルギーは(000$$bar{1}$$)$$_{Si}$$面と比較して0.22eV高エネルギー側にシフトし、SiO$$_{2}$$/SiC界面での伝導帯バンドオフセットが小さいことを示唆する結果を得た。

口頭

放射光XPSによる熱酸化Si0$$_{2}$$/4H中SiC界面のエネルギーバンド構造分析

桐野 嵩史*; 景井 悠介*; 岡本 学*; Harries, J.; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 箕谷 周平*; 中野 佑紀*; 中村 孝*; 細井 卓治*; et al.

no journal, , 

SiC-MOSFETではSi0$$_{2}$$/SiC界面欠陥に起因する移動度劣化によってチャネル抵抗が増大するため、物性値から期待されるデバイス性能が得られていないのが現状である。4H-SiC(000-1)c面基板上に作製したMOSFETでは4H-SiC(0001)Si面と比較して高いチャネル移動度が得られることが知られているが、酸化膜の信頼性劣化が顕著である。また、従来の4H-SiC(0001)Si面と比較してSiO$$_{2}$$/SiC界面の伝導帯オフセット並びに界面準位密度のエネルギー分布が異なることも指摘されているが、これらの物理的な起源については明らかにされていない。われわれはSiC(000-1)c面の界面特性及び信頼性劣化要因の解明を目指し、放射光XPSを用いて(0001)Si面及び(000-1)c面に形成したSi0$$_{2}$$/SiC界面の化学結合状態並びにエネルギーバンド構造を評価した。

口頭

極薄EOT実現に向けたプラズマ窒化応用high-k/Geゲートスタックの提案

朽木 克博*; 岡本 学*; 秀島 伊織*; 上西 悠介*; 桐野 嵩史*; Harries, J.; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

no journal, , 

高性能Geデバイスの実現には、高誘電率絶縁膜形成とその界面制御技術の確立が必須である。ZrO$$_{2}$$薄膜をGe基板上に堆積し、その後熱酸化処理を施したスタックは、優れたMOS界面特性を示す一方で、GeO$$_{2}$$界面層が形成されることにより等価SiO$$_{2}$$換算膜厚(EOT: Equivalent Oxide Thickness)が2nm以上となってしまう。本研究では、高密度プラズマ窒化により形成したGe$$_{3}$$N$$_{4}$$膜の優れた熱的安定性・耐酸化性に注目し、ZrO$$_{2}$$/Ge3N$$_{4}$$/Ge構造を作製し、熱処理後の界面構造について大型放射光施設SPring-8のBL23SUを用いて光電子分光法により評価した。Ge3d及びN1s内殻準位スペクトルの高分解能測定から、823Kの熱酸化処理によって界面Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$層はわずかに酸化するものの安定に存在することを確認し、また1.8nmのEOTを実現した。

口頭

放射光XPSによるSiO$$_{2}$$/4H-SiC構造の伝導帯オフセット評価

桐野 嵩史*; 景井 悠介*; 岡本 学*; Harries, J.; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 箕谷 周平*; 中野 佑紀*; 中村 孝*; 細井 卓治*; et al.

no journal, , 

4H-SiC基板上に形成した熱酸化SiO$$_{2}$$/SiC構造は、水素を導入することにより界面特性が向上する一方で、基板面方位によっては信頼性が劣化することが知られている。そこで、4H-SiC(000-1)C面及び(0001)Si面基板上に形成した熱酸化SiO$$_{2}$$/SiCについて、高温水素ガスアニールを施す前後でのエネルギーバンド構造を評価するため、放射光XPSによりO1sエネルギー損失スペクトルからSiO$$_{2}$$のバンドギャップを、価電子帯スペクトルよりSiO$$_{2}$$/SiC価電子帯オフセットを算出した。その結果、(000-1)C面上に形成した酸化膜の伝導帯オフセットは水素ガスアニールにより0.1eV減少することがわかった。

口頭

Interface engineering of ZrO$$_{2}$$/Ge gate stacks by post-deposition annealing and Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ capping layers

渡部 平司*; 岡本 学*; 朽木 克博*; Harries, J.; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 細井 卓治*; 志村 考功*

no journal, , 

High-k絶縁膜としてZrO$$_{2}$$膜をGe基板上に堆積した後に熱酸化処理を施すことでGe-MOSの界面設計を検討した。放射光XPS分析の結果、酸化初期では界面でミキシングが起こり、その後にGeO$$_{2}$$層が成長することを確認した。一方、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/ZrO$$_{2}$$/Ge構造では、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$膜の低い酸素透過性により熱酸化時の界面酸化反応が抑制され、EOTの薄層化に有効であることを確認した。

口頭

In situ synchrotron radiation photoemission study of Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$/Ge structures formed by plasma nitridation

細井 卓治*; 朽木 克博*; 岡本 学*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 志村 考功*; 渡部 平司*

no journal, , 

Atomic structure and thermal stability of Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$ dielectric layers for advanced Ge-MIS devices were investigated. SR-PES analysis revealed that Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$ layers formed by high-density plasma nitridation are thermally stable up to 823 K, while surface oxides selectively decompose at around 773 K. Chemical shift originating from Ge-N bonds (Ge$$^{4+}$$) was also found to be 2.3 eV.

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