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Si pn接合ダイオードのAg拡散係数評価と拡散深さ制御堀 信彦*; 江坂 文孝; 鵜殿 治彦*
no journal, ,
マグネシウムシリサイドは室温において約0.6eVのバンドギャップエネルギーを持つ間接遷移型半導体であり、受光素子への応用が期待できる。本研究では、スパッタエッチング法を用いてMgSi結晶中の拡散係数を評価し、Ag拡散深さを制御することにより素子の高感度化を図った。その結果、拡散深さが20
mになるように作製したダイオードの場合、80mと比べておよそ4倍の感度向上に成功した。
田中 一馬*; 大野 真也*; 小玉 開*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 田中 正俊*
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Siナノワイヤトランジスタ等の3次元構造をもつMOSFET構造においては様々な面方位のSiO/Si界面が存在する。したがって、Si高指数面上に形成される極薄酸化膜の構造や電子状態のより詳細な理解が求められている。本研究では、Si高指数面のうち酸化過程が特異であると期待されるSi(113)面の酸化に焦点を当て、SPring-8 BL23SUの表面化学実験ステーションにおいてリアルタイム光電子分光実験を行ってその酸化過程を調査した。酸素ガス(0.03eV)に曝露した酸化では、バンドベンディングが初期過程で急激に減少するのに対し、1.0eVの分子線を用いた酸化では初期過程でのわずかな減少から増加傾向に転じた。本講演では並進運動エネルギー依存性に着目して、Si(113)面における酸化メカニズムについて報告する。
Au(111)合金表面の耐酸化保護膜形成津田 泰孝*; 岡 耕平*; 牧野 隆正*; Lehmuskoski, J.*; 岡田 美智雄*; Di
o, W. A.*; 笠井 秀明*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
no journal, ,
金属腐食の初期段階は物質科学の中心的課題のひとつである。腐食過程を明らかにして耐腐食性の物質を開発することが産業応用のために求められている。本研究では、酸素とCuAu(111)の反応性について並進運動エネルギーが可変の超熱酸素分子線と放射光光電子分光を用いて明らかにした。実験は全てSPring-8のBL23SUの表面化学実験ステーションで行った。CuAu(111)表面をArイオンスパッタリングと加熱で清浄化して1
1のLEEDパターンを確認した。その表面に酸素分子線を照射して放射光光電子分光測定した。O1s光電子強度の分子線照射量依存性から酸素の吸着曲線を評価した。低被覆率では酸素分子の並進運動エネルギーが2.3eVの場合の方が0.6eVより反応性が低い。被覆率が大きくなるにつれて両者の反応性は逆転する。これは被覆率が大きくなるに従って酸素分子の解離性吸着反応の活性化障壁が大きくなることを意味している。一方、2.3eVではCuAu(111)面の反応性はCu(111)面より小さい。CuAu(111)面ではAuリッチな層が形成され、酸素原子のバルクへの拡散を阻害すると考えられる。
/Si(001)界面酸化プロセスにおける熱歪みの寄与小川 修一*; Tang, J.*; 吉越 章隆; 石塚 眞治*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*
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Deal-GroveモデルはSiO/Si界面での熱酸化反応を取り込んでおらず、温度増加に伴う酸化促進機構は未だ不明のままである。本研究では、温度増加における酸化速度の活性化エネルギーを求め、界面酸化を検討した。活性化エネルギーは酸化温度に依存せず0.27eVであったが、この値はDeal-GroveモデルにおけるO拡散(1.2eV)や界面反応(2.0eV)では説明できない。一方、頻度因子は酸化温度が増加するほど減少した。これらの結果から酸化温度増加により熱応力が生じ、それを緩和するために発生した点欠陥が酸化反応サイトになると考える。
乙部 智仁; 矢花 一浩*; 篠原 康*; 佐藤 駿丞*; Bertsch, G. F.*
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本研究では、長年固体電子励起過程の解析的理論として利用されているKeldyshの理論式を再構築することで、各多光子過程の寄与や電子-空孔対のBloch位相空間上での分布を解析できるようにした。
石野 雅彦; 圓山 桃子; 長谷川 登; 錦野 将元; 保 智己*; Faenov, A.*; Pikuz, T.*; 河内 哲哉; 山極 満
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短パルス高強度レーザーを物質表面に集光照射するとアブレーションによって損傷構造が形成される。現在までに我々は、波長13.9nmの軟X線レーザーパルスを物質表面に集光照射すると、他のレーザーに比べて低いフルーエンスでもアブレーションが起こり、ナノメートルオーダーの微細構造が形成されることを見出した。軟X線レーザーによるアブレーションを利用することによって、従来よりも高効率で物質表面に微細加工が可能となると期待できる。発表では軟X線レーザーによって物質表面で起こるアブレーション機構とアブレーションによって形成される特異なナノ構造の応用の可能性についての考察を行う。
熊田 高之; 赤木 浩; 板倉 隆二; 乙部 智仁; 横山 淳
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フェムト秒レーザーアブレーションにおいては、高密度電子励起に伴って生じる圧力波により物質を機械的に引きちぎるといった、いわゆる非熱効果の寄与が指摘されている。この非熱効果は、熱耐性の低いソフトマターの精密加工技術開発において特に重要になると考えられる。そこで我々は、高感度時間分解反射率測定装置を立ち上げ、ソフトマターの一つである高分子材料における非熱効果の寄与を実証するとともに、そのダイナミクスに言及した。
神野 智史*; 田中 宏尭*; 金崎 真聡; 榊 泰直; 近藤 公伯; 松井 隆太郎; 岸本 泰明; 福田 祐仁
no journal, ,
近年、レーザー技術の進展により、PW級レーザーが出現し、レーザー集光強度10
W/cm
でのイオン加速実験が可能となってきている。このような集光強度では、例えば、直径数百nmの水素クラスターのクーロン爆発によって100MeV級のクリーンな陽子線発生が可能である。また、相対論効果により、イオンがレーザー進行方向に指向性を持って加速されることも期待できる。これらのことを実証するため、本研究では、冷却機構付パルスバルブを用いた水素クラスターターゲット生成装置を開発し、Mie散乱を用いて生成した水素クラスターのサイズ計測を行った。現在までに背圧6MPa、温度25Kと50Kにおいて、直径400-2000nmの水素クラスターの存在を確認している。講演では水素クラスターサイズの温度依存性、粒子コードを用いた水素クラスターと高強度レーザーとの相互作用、などについて報告する。
久保田 正人; 宮寺 哲彦*; 櫻井 岳暁*; 吉田 郵司*
no journal, ,
有機太陽電池材料のpoly(3-hexylthiophene) (P3HT)と[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Este (PCBM)の混合膜の成膜において、用いる溶媒の種類により結晶性が大きく異なることを放射光実験により、明らかにした。
川端 駿介*; 猿谷 良太*; 加藤 聖*; 新木 潤*; 三浦 健太*; 加田 渉*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; et al.
no journal, ,
高集積光処理回路用の光スイッチとして、簡素なプロセスで製造できてしかも省電力のものが要求されている。これまでの我々の研究からこのスイッチの材料として樹脂の薄膜に、プロトン・ビーム・ライティング(Proton Beam Writing: PBW)を用いて導波路形状を直描すると、このプロセスのみで光導波路が形成できることが分かった。更に、この導波路に位相偏光用の熱ヒーター電極を付加することで、樹脂の高い熱応答性により省電力で動作する光スイッチの開発が期待される。今回、光学材料のPDMS(polydimethylsiloxane)を用いて光スイッチを試作して、これの動作実験をした。シリコン基板上にスピンコートにより厚さ約30mの薄膜を作製し、これに750keVの集束陽子ビーム(径1m、到達深度約18m)を用いてPBWによりマッハツェンダー(Mach-Zehnder: MZ)干渉計の原理として用いられている形状を直描した。その後、導波路の薄膜表面にTi-Al合金の熱ヒーター電極を付加して、光スイッチを製作した。このスイッチに波長1.55mのレーザー光を入射して光透過性を調べた結果、ヒーター電極の停止又は作動に対応して透過光の有無が観測され、PDMSを材料としたMZ型光スイッチとして動作することが分かった。
長谷川 美佳*; 須藤 亮太*; 菅原 健太*; 三本菅 正太*; 原本 直樹*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 吹留 博一*; 末光 眞希*
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Si基板上SiC薄膜のグラフェン化にNi援用法を適用し、Si基板上エピタキシャルグラフェンの低温形成に成功するとともに、Ni原子が関わる低温グラフェン化機構を明らかにした。p型Si(111)基板上にSiC(111)薄膜を成膜し、Niを電子ビーム蒸着した後、850
C30分の真空加熱を行った。冷却時にグラフェンが出現することが確認され、Ni援用により850Cいう低温でSi基板上にエピタキシャルグラフェン形成が可能であることを確認した。SiC結晶表面のNi援用グラフェン形成においては、Niとの反応によりSiCから供給されたC原子が表面近傍でNi原子と結合してNiCやNiC
を、また、SiC界面近傍でグラフェンを形成することを明らかにした。
石井 保行; 大久保 猛
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原子力機構では、MeV領域の小型イオンマイクロビーム装置のプロトタイプとして、加速レンズを用いた300keV小型イオンマイクロビーム装置を開発している。これまでに140keVの水素イオンで17mのビーム径を実測し、このエネルギー領域で加速レンズがほぼ設計通りに集束機能を有することを実証した。本研究では、ビーム径の更なる縮小化に必要となる発散角及びエネルギー幅の小さなイオンビームをレンズに入射させる条件を探索した。本装置は、イオン源と加速レンズが直結し、イオン源で発生したビームが直接加速レンズに入射される。このため、引き出し電圧を最適化することで発散角の低減を、またビーム引き出し領域の残留ガスとビームの衝突を低減、すなわちこのガス圧を低減することでビームエネルギー幅の低減をそれぞれ達成できると予想した。そこで、引き出し電圧及びビーム引き出し領域の残留ガス圧のそれぞれとビーム径との関係を実験的に求めた。この結果、ビーム径の縮小には、400-500Vが最適な範囲であること及び残留ガス圧を5.310
Pa程度以下にするとガスの影響がほとんど無くなることが分かった。この条件を基に、130keVの水素イオンビームで、これまでの最小径5.8mを達成した。
O膜の作製における照射イオン種の効果藤田 将弥*; 山口 憲司; 朝岡 秀人; Mao, W.*; 近田 拓未*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*
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イオンビームスパッタ蒸着(IBSD)法により、シリコン(Si)基板上に組成・構造制御したErO薄膜の作製を行っている。蒸着時のスパッタに使用するイオン種をO
とすることで酸素不足を解消し、界面層のErSi生成を抑制することに成功した。
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.
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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。
阿部 浩之; 徳平 真之介*; 下村 拓也; 島田 幸洋*; 竹仲 佑介*; 古山 雄太*; 西村 昭彦; 大道 博行; 内田 裕久*; 大島 武
no journal, ,
ナノ秒やフェムト秒といった短パルスレーザーを利用し、水素吸蔵合金の水素吸蔵能向上を目指すための表面改質実験を行った。本研究ではレーザー(パルス幅100fsec、エネルギー0.2
3.4mJ/pulse)をLaNi
系のLaNi
Al
合金に照射することで表面の局所構造を変化させた。その結果、レーザー照射した試料は未照射試料に比べ、1.53.0倍程度吸蔵能が向上することを見いだした。これよりレーザー照射は水素吸蔵材料の表面改質に有効であると結論できた。
佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*
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現在、次世代半導体リソグラフィ用EUV光源の実用化に向けた研究開発が進められており、プリパルスレーザー照射でSn液滴を微粒子に分散する方法に関し、モデル化を通じて最適化することが重要と考えられている。われわれは、有限の時間的、空間的分解能の範囲において、自己組織化するラグランジメッシュを構築し、平衡熱力学に基づく気液相転移、二相共存状態を扱う、2次元流体シミュレーションコードの開発を行っている。特に、Snのファンデルワールス状態方程式を用い、温度、密度に対する液相、気相の比率を求め、それを満足するようにセルを分割することで相転移、相分離を扱うようにし、レーザー照射されたSn液滴が粒子となって飛散する過程や、いったん気化したSnが凝結する過程を扱うコードの開発を行ない、テスト計算を行った結果や、そこで見出された問題点、およびその解決方法について議論する。
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.
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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.
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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。
圓谷 志郎; 楢本 洋*; 境 誠司
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In the graphene spintronic devices, the control of the spin injection and ejection processes at the interfaces between graphene and ferromagnetic metal electrodes are crucial for the device operation. In this work, magnetotransport properties were studied for the vertical spin valve devices with two junctions of permalloy electrodes and a few-layer graphene interlayer. The graphene layer was directly grown on the bottom permalloy electrode by chemical vapor deposition. X-ray photoelectron spectroscopy showed that the permalloy surface fully covered with a few-layer graphene is kept free from oxidation and contamination even after dispensing and removing photoresist. This enabled fabrication of the current perpendicular to plane spin valve devices with a well-defined interface between graphene and permalloy. Spin-dependent electron transport measurements revealed a distinct spin valve effect in the devices. The magnetotransport ratio was 0.8% at room temperature and increased to 1.75% at 50 K. Linear current-voltage characteristics and resistance increase with temperature, indicating that ohmic contacts are realized at the relevant interfaces.
圓谷 志郎; 本田 充紀; 下山 巖; 岡本 芳浩; 楢本 洋*; 矢板 毅; 境 誠司
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酸化グラフェン(Graphene Oxide: GO)はグラフェンの大量合成を可能にする素材として研究が進んでいる物質である。近年、水溶液中において放射性物質に対する吸着能力が発現することが明らかになり新たな放射性物質の回収剤として期待されている。本研究ではサファイア基板上の単層酸化グラフェン(SLGO)薄膜を用いて、水溶液中のCsイオン吸着およびCsの電子状態のpH依存性を蛍光XAFS法により調べた。SLGO薄膜はサファイア基板上に化学気相蒸着法を用いて単層グラフェンを成長した後に、酸化剤で処理することにより形成した。pHを調整した水溶液中(pH=4, 7, 9)にSLGOを浸漬させた後に、CsCl水溶液(濃度0.1mol/l)を添加した。その後、水溶液中のCsの電子状態を蛍光XAFS(KEK PF BL-27A)により評価した。CsCl水溶液では異なるpHによる電子状態変化は観察されなかった。一方で、SLGOに吸着したCs(水溶液中で測定)ではCsCl水溶液とは異なる形状のスペクトルが得られるとともに、pHの異なる試料間でもスペクトルに顕著な変化が見られた。pHの変化により水溶液中の水素イオン濃度が変化するため、SLGOへのCs吸着には酸素官能基のイオン解離が寄与していることが示された。