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論文

Characterization of air-exposed surface -FeSi $_{2}$ fabricated by ion beam sputter deposition method

斉藤健; 山本博之; 山口憲司; 仲野谷孝充; 北條喜一; 原口雅晴*; 今村元泰*; 松林信行*; 田中智章*; 島田広道*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 206, p.321 - 325, 2003/05

https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00754-7

被引用回数：7 パーセンタイル：46.82(Instruments & Instrumentation)

放射光を利用したX線光電子分光法(XPS)を用い、-FeSi $_{2}$ の表面酸化過程を解析した。Si(111)基板表面に-FeSi $_{2}$ を生成後、約2日間大気曝露を行い、表面酸化を試みた。XPSによりシリサイド表面の非破壊深さ方向分析を行った結果、シリサイドはアイランド状の構造をとっており、基板のSi表面も一部露出した構造をとっていることが明らかとなった。シリサイド精製時のアニール温度や初期膜厚の違いにより、表面組成が異なることが明らかとなった。シリサイド表面がSiリッチな状態の試料に関し表面酸化を行った場合には、表面に非常に薄いSiO $_{2}$ 薄膜が生成し、シリサイドがほとんど酸化されなかった。しかしながら、Feリッチな試料の場合にはシリサイドが著しく酸化されることが確認された。このことから、表面付近に生成するSiO $_{2}$ 酸化物相がシリサイド薄膜の酸化保護膜として機能していることが推測された。

論文

-FeSi $_{2}$ 薄膜の結晶構造におけるSi基板処理効果

原口雅晴; 山本博之; 山口憲司; 笹瀬雅人*; 仲野谷孝充; 斉藤健; 北條喜一

真空, 45(10), p.749 - 753, 2002/10

https://doi.org/10.3131/jvsj.45.749

環境半導体,-FeSi $_{2}$ は人体への悪影響が少なく、資源も豊富に存在する元素からなる環境に配慮した材料であり、受発光素子・熱電変換素子などへの応用が期待されている。本研究ではSi基板の表面処理法が成膜した-FeSi $_{2}$ の結晶性に及ぼす影響を検討することを目的として、高温加熱処理,スパッタ処理,化学処理の3種の異なる方法で処理した基板を用いてそれぞれFeをスパッタ蒸着し成膜を試みた。得られたX線回折スペクトルから、高温加熱処理した基板を用いた場合は成膜温度973Kにおいて相ではあるものの種々の結晶方位が混在する膜となった。一方スパッタ処理,化学処理による基板の場合ではいずれも比較的良好な結晶性を持つ-FeSi $_{2}$ 膜が得られた。スパッタ処理法は簡易ではあるが表面に欠陥が残ることが予想される。この処理法によって原子レベルで平滑な表面が得られる化学処理と同等以上の膜が得られたことは、基板表面における拡散・反応過程が重要な過程となる本成膜法では欠陥の存在がFe-Si相互拡散を促進させ、薄膜形成に有利に働いたことを示している。

論文

イオンビームスパッタリング法による高配向-FeSi $_{2}$ の作製

仲野谷孝充; 笹瀬雅人*; 山本博之; 斉藤健; 北條喜一

真空, 45(1), p.26 - 31, 2002/01

https://doi.org/10.3131/jvsj.45.26

イオンビームスパッタリング法を用いて、次世代化合物半導体として期待の高い-FeSi $_{2}$ のエピタキシャル成長薄膜の作製を試みた。最適な作製条件を決定するため、Fe蒸着中のSi基板の温度及び、蒸着するFeの量を変化させて実験を行った。形成されたシリサイド薄膜の結晶性と表面の形状はそれぞれ、X線回折法と走査型電子顕微鏡にて評価した。結果、Fe蒸着量33mn,Si基板温度700 $^{circ}C$ で-FeSi $_{2}$ のエピタキシャル性の良好な薄膜作製に成功した。一方、700 $^{circ}C$ 以上では高温相である-FeSi $_{2}$ が形成され、温度の上昇に伴い増加した。さらに基板温度を固定して蒸着量を変化させた実験から、相の生成は基板温度だけでなく、Feの蒸着量にも大きく依存することを明らかにした。

論文

Formation of "Environmentally friendly" semiconductor (-FeSi $_{2}$ ) thin films prepared by ion beam sputter deposition (IBSD) method

笹瀬雅人*; 仲野谷孝充; 山本博之; 北條喜一

Thin Solid Films, 401(1-2), p.73 - 76, 2001/12

https://doi.org/10.1016/S0040-6090(01)01485-7

被引用回数：32 パーセンタイル：80.42(Materials Science, Multidisciplinary)

近年、地球上に豊富に存在し、かつ生体に対し毒性の少ない元素から構成される半導体、いわゆる「環境半導体」と呼ばれる材料の作成が試みられている。これらの中でFeとSiから構成される-FeSi $_{2}$ は優れた受発光特性や熱電変換特性を示すことから非常に有力な候補として注目されている。われわれはイオンビームスパッタ蒸着法によりSi基板上への-FeSi $_{2}$ 薄膜のエピタキシャル成長を試みた。特に、-FeSi $_{2}$ 薄膜の生成及び結晶性に最も大きな影響を与えると考えられるSiの基板温度とFeの蒸着条件を変化させ、生成した薄膜の構造についてX線回折法及び走査型電子顕微鏡を用いて検討した。これらの結果から、本報において基板温度700 $^{circ}C$ で最も良好な-FeSi $_{2}$ が得られることを明らかにした。同時にFe蒸着条件によっては相よりも高温で生成する相が基板温度600 $^{circ}C$ でも明らかに確認された。これは従来法より低温で相のエピタキシャル成長が可能であることを示唆するものであると考えられる。

論文

Formation process of -FeSi $_{2}$ on Si(111) substrate studied by means of SR-XPS

斉藤健; 山本博之; 原口雅晴*; 今村元泰*; 松林信行*; 田中智章*; 島田広道*; 北條喜一

Photon Factory Activity Report 2001, (19), P. 205, 2001/00

http://pfwww.kek.jp/acr2001pdf/PartB/PF01UR205.pdf

放射光を利用したX線光電子分光法(XPS)を用い、-FeSi $_{2}$ 生成過程におけるSi, Feの深さ方向組成分布の解析を試みた。Si(111)基板表面に室温でFeを蒸着後、523K, 723K, 973Kと段階的にアニールを行い、Si/Fe組成の変化の様子を放射光を用いたXPSにより解析した。励起X線エネルギー2001000eVの範囲でFe/Si比の励起X線エネルギー依存性を解析し、深さ方向分布の解析を行った。実験結果とIMFP値を用いたFe, Siの深さ方向分布シミュレーションの結果と比較した結果、室温でFe蒸着後のアニールを行うことにより、Siが表面のFe相中に次第に拡散することが明らかとなった。その際、Fe層は基板表面に島状構造を形成することも、同時に明らかとなった。また、シミュレーションの結果、島状構造をしたシリサイドは、基板表面50%程度覆っていることも明らかとなった。

論文

Investigation on the -FeSi $_{2}$ formation mechanisms on Si(111) substrate by means of SR-XPS

斉藤健; 山本博之; 北條喜一; 松林信行*; 今村元泰*; 島田広道*

Photon Factory Activity Report 2000, P. 82, 2000/00

http://pfwww.kek.jp/acr2000/b/y00p082.pdf

放射光を用いたX線光電子分光法(SR-XPS)により-FeSi $_{2}$ 生成条件の最適化を行うことを目的としてその生成過程について検討した。実験は高エネルギー加速器研究機構,放射光研究施設,BL-13Cにて行った。Si(111)基板表面に超高真空中でFeを2nm蒸着した後、473973Kの範囲でそれぞれ15分加熱した。各試料について、内殻軌道のスペクトルからFe/Si組成比の深さ方向分布を、価電子スペクトルから物性評価を行った。内殻軌道の強度比を評価することによりFe-Si相互拡散過程の定量的な解析を可能とした。さらに価電子スペクトルからの673K以上で-FeSi $_{2}$ の生成が始まることを明らかにした。

口頭

赤外吸収法による-FeSi $_{2}$ /Siナノ混合相の酸化挙動

森田洸介*; 中村達哉*; 小林博之*; 達見隆秀*; 鳴海一雅; 前田佳均

no journal, ,

-FeSi $_{2}$ ナノ結晶とSiによる-FeSi $_{2}$ /Siナノ混合相は、1.55mでの強い固有発光(Aバンド発光)が起こる応用上重要なナノ構造である。しかし、顕著な温度消光(通常200K)が室温発光を阻んでいる。室温発光させるには、十分な正孔閉じ込めを実現する-FeSi $_{2}$ ヘテロ接合での大きな価電子バンドオフセット(E $_{v}$ )が必要である。そこで、-FeSi $_{2}$ /Siナノ混合相のSiを選択酸化し、大きなE $_{v}$ が期待できる-FeSi $_{2}$ /SiO $_{2}$ ナノ混合相が作製できるかについて、中赤外及び遠赤外波数での赤外吸収法を用いて検討した。イオンビーム合成法を用いて作製した-FeSi $_{2}$ ナノ結晶を真空中で800 $^{circ}$ C、2時間アニールして-FeSi $_{2}$ /Siナノ混合相を作製し、さらにこの試料を空気中で900 $^{circ}$ Cに加熱して表面酸化させた。ナノ混合相の中赤外及び遠赤外吸光度(ABS)スペクトルにおいて、未酸化試料のスペクトルにはないSi-O-Si非対称及び対称伸縮振動による吸収が、酸化が進行するにつれて増加した。これら2つのSi-O-Si伸縮振動のABSの増加は、ナノ混合相内のSiが酸化されSiO $_{2}$ に変化していることを示している。また、-FeSi $_{2}$ ナノ結晶のフォノン吸収ピークの強度は、酸化に関係なくほとんど変化しなかった。以上から、-FeSi $_{2}$ /Si混合相の酸化過程で-FeSi $_{2}$ は酸化されず、主にナノ混合相のSiが選択酸化されSiO $_{2}$ に変化することを明らかにした。この結果は、-FeSi $_{2}$ /SiO $_{2}$ ナノ混合相が-FeSi $_{2}$ /Siナノ混合相の酸化によって作製できることを示す。

口頭

-FeSi $_{2}$ ナノ結晶/SiO $_{2}$ のナノ混合相のフォトルミネッセンス特性

達見隆秀*; 中村達哉*; 森田洸介*; 小林博之*; 鳴海一雅; 前田佳均

no journal, ,

-FeSi $_{2}$ ナノ結晶(-NCs)/Siのナノ混合相は、-FeSi $_{2}$ 固有のバンド(Aバンド)の強い発光が観測されている。しかし、ナノ混合相は顕著な温度消光が見られるため室温発光の大きな障害になっている。-FeSi $_{2}$ の表面を酸化すると純粋な表面SiO $_{2}$ 層ができ、表面非輻射再結合を低減できるため、酸化は発光増強に効果的である。本研究では、-NCs/Siナノ混合相を選択酸化して作製した-NCs/SiO $_{2}$ ナノ混合相のフォトルミネッセンス(PL)特性を検討し、室温発光への可能性を見出したので報告する。イオンビーム合成法を用いて作製した-NCs/Siナノ混合相を空気中900 $^{circ}$ Cで表面酸化させた。PLは波長641nmの半導体レーザで励起し、分光器とGe-Pin光検出器を用いてスペクトルを測定した。未酸化及び6時間酸化させたナノ混合相についてPLスペクトルの温度依存性を測定すると、発光強度の温度消光が未酸化の場合と同じように酸化試料についても観察された。発光強度の温度依存性はそれぞれのバンドで異なるが、Aバンド発光については-NCs/SiO $_{2}$ ナノ混合相も酸化前の-NCs/Siナノ混合相の発光挙動と同じであることがわかった。発光強度は低温の1/300程度と大幅に減少したが、270K近くまでAバンド発光を確認した。このことから-NCs/SiO $_{2}$ ナノ混合相は室温発光に有望であるといえる。