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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

https://doi.org/10.1143/JJAP.50.10PE03
 被引用回数：11 パーセンタイル：43.98(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.

報告書

原子力緊急時支援・研修センターの活動(平成21年度)

金盛 正至; 白川 裕介; 山下 利之; 奥野 浩; 照沼 弘; 池田 武司; 佐藤 宗平; 寺門 直也; 長倉 智啓; 福本 雅弘; et al.

JAEA-Review 2010-037, 60 Pages, 2010/09

JAEA-Review-2010-037.pdf:3.11MB

日本原子力研究開発機構は、災害対策基本法及び武力攻撃事態対処法に基づき、「指定公共機関」に指定されており、国及び地方公共団体その他の機関に対し、災害対策又は武力攻撃事態等への対処に関して、日本原子力研究開発機構防災業務計画及び国民保護業務計画に則り、技術支援をする責務を有している。原子力緊急時支援・研修センターは、緊急時には、全国を視野に入れた専門家の派遣,防災資機材の提供,防護対策のための技術的助言等の支援活動を行う。また、平常時には、我が国の防災対応体制強化・充実のために、自らの訓練・研修のほか、国,地方公共団体,警察,消防,自衛隊等の原子力防災関係者のための実践的な訓練・研修並びに原子力防災に関する調査研究を実施する。平成21年度においては、日本原子力研究開発機構年度計画に基づき、おもに下記の業務を推進した。(1)国,地方公共団体等との連携を図った指定公共機関としての技術支援活動,(2)国,地方公共団体等の原子力防災関係者に対する研修・訓練,(3)原子力防災にかかわる調査・研究の実施及び情報発信,(4)国際機関と連携を図ったアジア諸国への原子力防災にかかわる国際貢献。

論文

ZrO$$_{2}$$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

原子力緊急時支援・研修センターの活動(平成20年度)

金盛 正至; 橋本 和一郎; 照沼 弘; 池田 武司; 大村 明子; 寺門 直也; 長倉 智啓; 福本 雅弘; 渡辺 文隆; 山本 一也; et al.

JAEA-Review 2009-023, 61 Pages, 2009/09

JAEA-Review-2009-023.pdf:8.49MB

日本原子力研究開発機構は、災害対策基本法及び武力攻撃事態対処法に基づき、「指定公共機関」に指定されており、国及び地方公共団体その他の機関に対し、災害対策または武力攻撃事態等への対処に関して、日本原子力研究開発機構防災業務計画及び国民保護業務計画に則り、技術支援をする責務を有している。原子力緊急時支援・研修センターは、緊急時には、全国を視野に入れた専門家の派遣,防災資機材の提供,防護対策のための技術的助言等の支援活動を行う。また、平常時には、我が国の防災対応体制強化・充実のために、自らの訓練・研修のほか、国,地方公共団体,警察,消防,自衛隊等の原子力防災関係者のための実践的な訓練・研修並びに原子力防災に関する調査研究を実施する。平成20年度においては、日本原子力研究開発機構の中期計画に基づき、おもに下記の業務を推進した。(1)国,地方公共団体等との連携を図った指定公共機関としての技術支援活動,(2)国,地方公共団体等の原子力防災関係者に対する研修・訓練,(3)原子力防災にかかわる調査・研究の実施及び情報発信,(4)国際機関と連携を図ったアジア諸国への原子力防災にかかわる国際貢献。

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SiO$$_{2}$$/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SiO$$_{2}$$/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SiO$$_{2}$$/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.

口頭

数百MeV/u$$alpha$$粒子入射における分解反応の研究

山口 雄司*; 荒木 優佑*; 藤井 基晴*; 渡邉 岳*; 佐波 俊哉*; 松藤 成弘*; 古場 裕介*; 岩元 洋介; 魚住 祐介*

no journal, , 

炭素を用いた重粒子線がん治療において、重粒子入射反応で生じる二次粒子による低線量被ばくが問題となっている。われわれは、これまで改良を進めてきた陽子入射に対する核内カスケード(INC)の入射粒子の適用範囲を$$alpha$$線、炭素入射反応へ拡張する計画である。拡張後のINCの精度検証に$$alpha$$粒子入射による複合粒子(陽子, 重陽子, 三重陽子, $$^{3}$$He, $$alpha$$粒子)生成二重微分断面積(DDX)の実験データが必要であるが、入射エネルギーが核子当たり35MeV以上において実験データは存在しない。そこで本研究では、量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所のHIMAC棟において、核子当たり100, 230MeVの$$alpha$$粒子を試料(C, Al, Co, Nb)に照射したときの複合粒子のDDXを測定した。Si半導体検出器、無機シンチレータGSOやPWOを散乱槽に設置して生成粒子のエネルギーを測定し、$$Delta$$E-E法を用いて粒子識別を行った。その結果、測定角度30度から90度において、最大300MeVの高エネルギー成分まで実験データを得ることができた。拡張後のINCの計算結果は30度において実験値と良く一致するが、測定角度が増えるにつれて実験値を過小評価することがわかった。

口頭

原子力事故後の居住環境における室内外の物質移行を考慮した住民の被ばく線量評価に関する研究,2; 屋外で再浮遊した物質の屋内への侵入

廣内 淳; 渡邊 正敏*; 林 奈穂; 長久保 梓; 松井 康人*; 米田 稔*; 高原 省五

no journal, , 

原子力発電所事故後の長期的な被ばく評価において、沈着した放射性物質からの外部被ばくのみならず、再浮遊物質による吸入被ばくも重要な経路の一つである。屋内外での再浮遊物質による吸入被ばくを評価するうえで、屋外での再浮遊係数と屋内への侵入割合を評価する必要がある。これらの値は風速や環境条件(建蔽率、地目)に依存するものの、今までの確率論的リスク評価においては、一定の値が用いられてきた。そこで本研究では、最新の知見を基に、屋外での再浮遊係数と屋内への侵入割合に関して、風速と環境条件の依存性を評価し、確率論的リスク評価に重要なパラメータを整備した。

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