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論文

Control of Ga-oxide interlayer growth and Ga diffusion in SiO$$_{2}$$/GaN stacks for high-quality GaN-based metal-oxide-semiconductor devices with improved gate dielectric reliability

山田 高寛*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 山田 永*; 高橋 言緒*; 清水 三聡*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Express, 11(1), p.015701_1 - 015701_4, 2018/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:8.42(Physics, Applied)

GaN MOSFETは高耐圧・大電流・低損失の次世代スイッチング素子として期待されている。その実現には絶縁膜/GaN界面の特性改善が課題である。本研究ではプラズマCVDによりSiO$$_{2}$$膜を形成したSiO$$_{2}$$/GaN構造の後酸化処理を行い、極薄GaO$$_{x}$$界面層の形成による界面特性向上の効果について検討した。放射光XPS分析から、SiO$$_{2}$$/GaN界面に極薄GaO$$_{x}$$界面層が形成されることを確認した。その界面欠陥密度は、700-800$$^{circ}$$Cでの最適な後酸化処理を施すことによってコンダクタンスピークが確認されず、10$$^{10}$$cm$$^{-2}$$eV$$^{-1}$$台以下の低い値となった。一方、SiO$$_{2}$$/GaO$$_{x}$$/GaN構造の後酸化処理は、SiO$$_{2}$$層中へのGa拡散を誘発し、絶縁性を著しく劣化させた。そこで、後酸化時間を30分間から30秒間とする急速酸化処理を施した。その結果、SiO$$_{2}$$層中へのGa拡散が制限され、優れた界面特性と高い絶縁性を有する高品質なSiO$$_{2}$$/GaO$$_{x}$$/GaN MOS構造が実現できることがわかった。

論文

Time-resolved study of field-induced suppression of longitudinal spin Seebeck effect

日置 友智*; 井口 亮*; Qiu, Z.*; Hou, D.*; 内田 健一*; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 10(7), p.073002_1 - 073002_4, 2017/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.58(Physics, Applied)

We have investigated the magnetic-field-induced suppression of the longitudinal spin Seebeck effect (LSSE) by using a time-resolved measurement technique at room temperature. The result manifested two distinctive time domains: the short-time domain where the observed voltage is insensitive to the magnetic fields, and the long-time domain where the both response time and the magnitude of the observed voltage decreased simultaneously by the magnetic fields. We estimated the magnon propagation length by fitting the transient LSSE response. The propagation length shows a strong dependence on the applied magnetic field, indicating the importance of long-range and low-frequency magnons in the LSSE.

論文

Predoping effects of boron and phosphorous on arsenic diffusion along grain boundaries in polycrystalline silicon investigated by atom probe tomography

高見澤 悠; 清水 康雄*; 井上 耕治*; 野沢 康子*; 外山 健*; 矢野 史子*; 井上 真雄*; 西田 彰男*; 永井 康介*

Applied Physics Express, 9(10), p.106601_1 - 106601_4, 2016/10

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

The effect of phosphorus (P) and boron (B) doping on arsenic (As) diffusion in polycrystalline silicon (poly-Si) was investigated using laser-assisted atom probe tomography. In all samples, a high concentration of As was found at the grain boundaries, indicating that such boundaries represent the main diffusion path. However, As grain-boundary diffusion was suppressed in the B-doped sample, and enhanced in the P-doped sample. In a sample co-doped with both P and B, As diffusion was somewhat enhanced, indicating competition between the effects of the two dopants. This can be explained by the pairing of P and B atoms. The results suggest that grain-boundary diffusion of As can be controlled by varying the local concentration of P and B dopants.

論文

Effect of nitrogen incorporation into Al-based gate insulators in AlON/AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor structures

淺原 亮平*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 伊藤 丈予*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

Applied Physics Express, 9(10), p.101002_1 - 101002_4, 2016/10

 被引用回数:14 パーセンタイル:18.56(Physics, Applied)

熱安定性, 信頼性および界面特性の観点でALGaN/GaN上のAlONゲート絶縁物の優れた物理的および電気的特性が、AlON堆積後のアニールによって得られた。アルミナへの窒素混入によって絶縁物/AlGaN界面におけるインターミキシングを抑えるとともにAl$$_{2}$$O$$_{3}$$膜中の電気的な欠陥の数を減少させることが示された。結果として、電荷注入に対する安定性をもたらすとともに界面欠陥密度を1.2$$times$$10$$^{11}$$cm$$^{-2}$$ eV$$^{-1}$$に抑えた高品質AlON/AlGaN/GaN金属-絶縁物-半導体キャパシターを得ることができた。絶縁物への窒素取り込みの重要性を実験結果から議論した。

論文

Synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopy of Ti/Al ohmic contacts to n-type GaN; Key role of Al capping layers in interface scavenging reactions

野崎 幹人*; 伊藤 丈予*; 淺原 亮平*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Express, 9(10), p.105801_1 - 105801_4, 2016/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.57(Physics, Applied)

n型GaNエピ層とTiベース電極間の界面反応は、放射光X線光電子分光によって調べた。金属的Gaと薄膜TiN合金が、Alキャッピング層を堆積した界面において室温でも形成された。積層Ti/AlとTiのみの電極の比較から、反応性Ti下地層を形成する酸素捕捉元素としてAlキャッピング層が本質的に機能することが示された。アニール中金属的中間層の成長が観測された。低温プロセスを伴うn型GaN低抵抗オーミック接触を達成するための指針を議論する。

論文

All-oxide spin Seebeck effects

Qiu, Z.*; Hou, D.*; 吉川 貴史*; 内田 健一*; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 8(8), p.083001_1 - 083001_3, 2015/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:24.02(Physics, Applied)

We report the observation of longitudinal spin Seebeck effects (LSSEs) in an all-oxide bilayer system comprising an IrO$$_2$$ film and an Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ film. Spin currents, which are generated by a temperature gradient across the IrO$$_2$$ $$/$$ Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ interface, were detected as a voltage via the inverse spin Hall effect in the conductive IrO$$_2$$ layer. This voltage is proportional to the magnitude of the temperature gradient; its magnetic field dependence is consistent with the characteristics of LSSEs. This demonstration may lead to the realization of low-cost, stable, transparent spin-current-driven thermoelectric devices.

論文

Spin pumping blocked by single-layer graphene

白 怜士*; 田代 隆治*; 中山 裕康*; 家田 淳一; 圓谷 志郎; 境 誠司; 安藤 和也*

Applied Physics Express, 8(7), p.073009_1 - 073009_3, 2015/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.81(Physics, Applied)

Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt二重層の境界面に、単層グラフェン(SLG)を挿入するとスピンポンピングが強力に抑制されることを見いだした。Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt二重層におけるスピンポンピングは、強磁性層の磁化緩和を促進させる。このことは、強磁性共鳴線幅のマイクロ波周波数依存性により定量的に評価される。我々は、このスピンポンピングによる磁化緩和の促進が、Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/SLG/Pt三重層において消失することを示す。本成果は、単一原子層によってスピンポンピングが遮断されることを示しており、金属系のスピンポンピングにおける界面短距離スピン交換結合の重要性を明らかにするものである。

論文

In situ synchrotron radiation photoemission study of ultrathin surface oxides of Ge(111)-c(2$$times$$8) induced by supersonic O$$_{2}$$ beams

岡田 隆太; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 山田 洋一*; 佐々木 正洋*

Applied Physics Express, 8(2), p.025701_1 - 025701_4, 2015/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:74.64(Physics, Applied)

並進運動エネルギーが26meVから2.3eVの範囲の酸素分子によるのGe(111)-c(2$$times$$8)表面の室温酸化を研究した。酸化中のその場放射光光電子分光を行い、調べた全てのビームエネルギーに関しておおよそ0.52MLに対応する酸化膜で覆われることがわかった。加えて、表面酸化物の状態は、並進エネルギーに依存することがわかった。これらの結果は、Ge(111)-c(2$$times$$8)の極薄表面酸化物の精密制御を示している。

論文

Efficient extreme ultraviolet emission from one-dimensional spherical plasmas produced by multiple lasers

吉田 健祐*; 藤岡 慎介*; 東口 武史*; 鵜篭 照之*; 田中 のぞみ*; 大橋 隼人*; 川崎 将人*; 鈴木 悠平*; 鈴木 千尋*; 富田 健太郎*; et al.

Applied Physics Express, 7(8), p.086202_1 - 086202_4, 2014/08

 被引用回数:18 パーセンタイル:23.07(Physics, Applied)

半導体デバイスには更なる高性能化, 小型化が求められておりノードの微細化は急務となっている。さらなる細線化を目指して波長6.5-6.7nmの極端紫外光源の研究開発に着手している。極端紫外光源を実現させるために最も重要な開発課題は、光源の高出力化であり、本研究では球状ターゲットにレーザーを球対称に12方向から同時にターゲットに照射することで球対称なプラズマを生成させ6.5-6.7nm帯域の放射特性を調べた。本実験では変換効率のレーザー照射強度依存性をスペクトル, 電子密度, イオン価数, 電子温度など様々なパラメータから考察することでリソグラフィに求められる光源として最適なプラズマの生成条件の研究を行った。ガドリニウムターゲットの最適なレーザー照射強度に対する変換効率として、これまでの研究報告の中で最高の0.8%が得られた。

論文

Observation of Barnett fields in solids by nuclear magnetic resonance

中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 春木 理恵*; 岡安 悟; 前川 禎通; 安岡 弘志; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 7(6), p.063004_1 - 063004_4, 2014/06

 被引用回数:21 パーセンタイル:20.35(Physics, Applied)

電気的に中性な物体であっても、回転する物体中の粒子には磁場が生じることが予言されている。この磁場をバーネット磁場という。我々は核磁気共鳴法が固体中に生じたバーネット磁場を測定できることを示す。我々は試料とNMR検出コイルを同じ早さで回転させると核磁気モーメントの符号を反映したNMRシフトが生じることを見いだした。この結果はバーネット磁場の直接的証拠である。NMRを用いたバーネット磁場の測定は未知の核磁気モーメントの符号を決定できる。

論文

Total reflection high-energy positron diffraction; An Ideal diffraction technique for surface structure analysis

深谷 有喜; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 望月 出海*; 和田 健*; 設楽 哲夫*; 一宮 彪彦*; 兵頭 俊夫*

Applied Physics Express, 7(5), p.056601_1 - 056601_4, 2014/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:35.48(Physics, Applied)

本研究では、全反射条件下におけるSi(111)-$$7times7$$再構成表面からの反射高速陽電子回折(RHEPD)パターンが、結晶内部のバルク原子からの寄与を含まないことを報告する。このことは、バルク原子を含む通常の試料の測定においても、最表面原子の情報のみを反映した回折パターンを観測可能であることを意味する。

論文

Positive-negative dual-tone sensitivities of ZEP resist

大山 智子; 中村 紘貴*; 大島 明博*; 鷲尾 方一*; 田川 精一*

Applied Physics Express, 7(3), p.036501_1 - 036501_3, 2014/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:78.29(Physics, Applied)

塩素系高分子ZEPは、ポリメタクリル酸メチルに比べ10-100倍の高い感度を持つ主鎖切断型の汎用電子線レジストである。しかし、高線量の電子線を照射した場合、ZEPは現像液に溶解するポジ型から、現像液に不溶化するネガ型へと変化することが分かった。100kVの電子線を用い、複数の現像液に対するZEPの溶解挙動を調べたところ、ポジ型としてパターンを掘りきるのに必要な線量は0.01-0.4mC/cm$$^2$$と現像液への溶解度に依存して大きく異なったが、ネガ型へと変化する閾線量(現像液に不溶化し始める線量)は、どの現像液に対しても約20mC/cm$$^2$$と同じ値を示した。X線光電子分光と核磁気共鳴による生成物分析から、ZEPに含まれる塩素の組成比と、主鎖切断によって生じた末端二重結合の数によって切断と架橋の効率が変化し、その結果ZEPがネガ型に反転する閾線量が決まることが明らかになった。この結果から、ZEPを照射線量の制御によって複雑な3次元形状を作製できるポジ型ネガ型兼用レジストとして使用できる可能性があることが分かった。

論文

Effect of spin Hall magnetoresistance on spin pumping measurements in insulating magnet/metal systems

井口 亮*; 佐藤 浩司*; 廣部 大地*; 大門 俊介*; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 7(1), p.013003_1 - 013003_4, 2014/01

磁気抵抗効果がある系では、磁化運動による交流起電力が整流されて直流電圧が生じることが知られている。本研究では、磁性絶縁体/金属複合膜で生じるスピンHall磁気抵抗効果が引き起こす整流電圧のスピンポンピングに対する影響を調べた。スピンHall磁気抵抗効果で整流された直流電圧は、薄膜面内の磁場角度変化に対して、スピンポンピングから生じる逆スピンHall起電力とは異なる角度依存性を示すことを理論的に示すと同時に、マイクロ波キャビティを用いた実験において、この電圧の影響は無視できる大きさであることを実証した。

論文

Effect of spin Hall magnetoresistance on spin pumping measurements in insulating magnet/metal systems

井口 亮*; 佐藤 浩司*; 廣部 大地*; 大門 俊介*; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 7(1), p.013003_1 - 013003_4, 2014/01

 被引用回数:19 パーセンタイル:21.68(Physics, Applied)

We investigate a dc rectification effect of magnetization dynamics based on spin Hall magnetoresistance (SMR) in an insulating magnet/metal system on spin pumping measurements. We theoretically find that the rectification effect by SMR has different in-plane magnetization angle dependence from that of the inverse spin Hall effect on the spin pumping. The negligible contribution from the rectification effect is experimentally confirmed in a cavity measurement.

論文

Enhancement of critical current densities in (Ba,K)Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$ by 320 MeV Au irradiation in single crystals and by high-pressure sintering in powder-in-tube wires

Pyon, S.*; 田縁 俊光*; 大竹 史哲*; 土屋 雄司*; 井上 啓*; 秋山 弘樹*; 梶谷 秀樹; 小泉 徳潔; 岡安 悟; 為ヶ井 強*

Applied Physics Express, 6(12), p.123101_1 - 123101_4, 2013/12

 被引用回数:12 パーセンタイル:38.62(Physics, Applied)

単結晶(Ba,K)Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$試料に320MeV Auイオン照射を行い、臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$が5Kの自己磁場で1.0$$times$$10$$^{7}$$A/cm$$^{2}$$まで上昇することを確かめた。この物質の潜在能力の高さから(Ba,K)Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$超伝導線材をBi2223テープ材の工業生産で有用性が確立しているパウダーインチューブ法と高温静水圧法を組み合わせて作製した。この試料で臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$は4.2K自己磁場で37kA/cm$$^{2}$$、90kOeで3.0kA/cm$$^{2}$$に達した。磁気光学イメージ法でこの線材の粒間に大きな$$J$$$$_{rm c}$$が流れることを確認した。

論文

Characterization of monolayer oxide formation processes on high-index Si surface by photoelectron spectroscopy with synchrotron radiation

安部 壮祐*; 大野 真也*; 兼村 瑠威*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 尾形 祥一*; 安田 哲二*; 田中 正俊*

Applied Physics Express, 6(11), p.115701_1 - 115701_4, 2013/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.1(Physics, Applied)

Thermal oxidation of high-index silicon surfaces, Si(113), Si(331) and Si(120) in a monolayer regime has been investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) with synchrotron radiation. The oxide thickness, composition and band bending are evaluated by peak deconvolution of the Si 2p core level XPS spectra. We found that changes in the oxide composition correlate with changes in the band bending. This reveals that production of the Si$$^{4+}$$ state is associated with the Si ejection process accompanied by the production of vacancies. We found that reactivity of the Si(120) surface in oxidation is drastically reduced at reaction temperatures below 690 K.

論文

A Chemical-state-specific study of the composition of the natural oxide layer of V$$_{25}$$Cr$$_{40}$$Ti$$_{35}$$

Harries, J.; 寺岡 有殿; 戸出 真由美; 吉越 章隆

Applied Physics Express, 5(3), p.031802_1 - 031802_3, 2012/03

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

Angle-resolved photoelectron spectroscopy is an established technique for obtaining information on the depth-dependence of the concentration of elements within a sample. When synchrotron radiation is used as the X-ray source, the high flux and high energy resolution allow chemical-state specific information to be obtained - an area where the technique has advantages over more quantitative techniques with higher depth resolution. Here we describe the application of the technique at the surface chemistry end-station at BL23SU, SPring-8, where thin films can be analysed in situ. The technique is applied to studying the natural oxide surface layer of V$$_{25}$$Cr$$_{40}$$Ti$$_{35}$$, a hydrogen-storage material.

論文

Ordering of C$$_{60}$$ on one-dimensional template of single-domain Ge(110)-16$$times$$2 and Si(110)-16$$times$$2 surfaces

横山 有太; Sinsarp, A.*; 山田 洋一*; 朝岡 秀人; 佐々木 正洋*

Applied Physics Express, 5(2), p.025203_1 - 025203_3, 2012/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.6(Physics, Applied)

Ge(110)-16$$times$$2及びSi(110)-16$$times$$2単一ドメイン表面をテンプレートとすることで、C$$_{60}$$分子の1次元的な規則配列構造の作製を行った。Ge(110)-16$$times$$2表面では、室温においてもC$$_{60}$$分子の拡散が起こり、C$$_{60}$$分子はステップ端に選択的に吸着し、規則的なナノワイヤー構造を形成した。一方、Si(110)-16$$times$$2表面では表面とC$$_{60}$$分子の相互作用が強いため、室温ではあまり表面拡散が起こらず、ランダムに吸着した。この結果は、Ge(110)-16$$times$$2表面をテンプレートとすることで、原子・分子のナノワイヤー構造が作製できる可能性を示唆するものである。

論文

Micro-/nanofabrication of cross-linked poly($$_{rm L}$$-lactic acid) using electron beam nanoimprint lithography

大久保 聡*; 長澤 尚胤; 小林 亜暢*; 大山 智子*; 田口 光正; 大島 明博*; 田川 精一*; 鷲尾 方一*

Applied Physics Express, 5(2), p.027303_1 - 027303_3, 2012/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:81.04(Physics, Applied)

放射線架橋により耐熱性が改善されたポリ-$$_{rm L}$$-乳酸(PLLA)の新たな応用分野開拓を目的として、マイクロ/ナノデバイスに利用可能な微細加工体の作製について、電子線ナノインプリント法(EB-NIL)により検討した。EB-NILは、Siモールド上にPLLA/TAIC(95:5)をクロロホルムで希釈した混合溶液を滴下して作製した薄膜に電子線を10から500kGy照射して行った。その結果、すべての条件でマイクロ/ナノスケールの微細構造体の転写に成功した。それら微細構造体の転写精度及び耐熱性を評価したところ、100kGy照射試料において最も転写精度が高く、またPLLAの軟化点以上の70-120$$^{circ}$$Cで10分間加熱しても形状を保持しており、マイクロ/ナノ構造体においても架橋の効果が十分に現れることが見いだされた。

論文

Development of dual-frequency gyrotron with triode magnetron injection gun

梶原 健; 小田 靖久; 春日井 敦; 高橋 幸司; 坂本 慶司

Applied Physics Express, 4(12), p.126001_1 - 126001_3, 2011/12

 被引用回数:25 パーセンタイル:21.35(Physics, Applied)

A dual frequency gyrotron is designed and tested in JAEA. The design is based on a 170 GHz single frequency gyrotron with a triode magnetron injection gun (MIG). The other frequency of 137 GHz is selected in order to use 1.853 mm thickness single disk output window. The cavity modes for 170 GHz and 137 GHz are TE$$_{31,11}$$ and TE$$_{25,9}$$, respectively. They are selected for a high efficiency internal mode converter. In short pulse experiments, the maximum power of more than 1.3 MW with high efficiency for both frequencies are achieved. These results show the successful design of the dual frequency gyrotron with the triode MIG.

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