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永井 崇之; 岡本 芳浩; 山岸 弘奈*; 柴田 大輔*; 小島 一男*; 長谷川 毅彦*; 佐藤 誠一*; 深谷 茜音*; 畠山 清司*
JAEA-Research 2023-004, 45 Pages, 2023/09
JAEA-Research-2023-004.pdf:6.07MB
ホウケイ酸ガラス中のガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、その化学組成によって変化する。本研究は、ガラス固化体を模擬したガラス(以下、模擬廃棄物ガラス)を対象に軟X線領域のXAFS測定を実施し、原料ガラス成分のホウ素(B)やケイ素(Si)、廃棄物成分の鉄(Fe)やセシウム(Cs)の化学的状態等を評価した。模擬廃棄物ガラスの化学的安定性を把握するため、浸出試験に供したガラス表面を対象に、BのK吸収端、FeのL
、L
吸収端及びCsのM
、M
吸収端のXANESスペクトル測定を行った。その結果、浸出液に曝露されたガラス表面は変化し、明瞭なXANESスペクトルが得にくくなることが分かった。BのK吸収端XANESスペクトルから、浸出試験後の試料表面は未浸漬の試料表面と比較してB-Oの3配位構造(BO)が増加し、4配位構造(BO)が減少する傾向を確認した。FeのL、L吸収端及びCsのM、M吸収端のXANESスペクトルから、浸漬時間が長くなるに従って、ガラス表面に存在するCsが浸出液中へ溶出することを確認した。未浸漬の模擬廃棄物ガラスを対象に、SiのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、NaO濃度によるXANESスペクトルの変化が廃棄物成分濃度による変化より大きいことを確認した。
川堀 龍*; 渡部 雅; 今井 良行; 植田 祥平; Yan, X.; 溝尻 瑞枝*
Applied Physics A, 129(7), p.498_1 - 498_9, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では空気中におけるナノ粒子を使用した炭化ケイ素(SiC)のフェムト秒レーザー焼結の可能性を調査した。ポリビニルピロリドンとエチレングリコールを含むSiCナノ粒子インクは、780nmの波長でナノ粒子による強い吸収を示した。走査速度1mm/sでは焼結フィルムパターンの表面から底部まで全体が酸化しており、過剰なエネルギー照射により酸化ケイ素が生成したと考えられる。対照的に、走査速度5mm/s及び30
mのラスターピッチのレーザー走査で作製されたパターンでは焼結領域が観察され、表面から1.72mを除き、原料のSiCナノ粒子の酸化に有意な差は見られなかった。これらの結果からフェムト秒レーザーパルスの照射は熱の蓄積が少ないため、原料の大気酸化を受けることなく焼結SiCパターンが生成できることが示された。また、X線光電子分光法によって分散剤であるポリビニルピロリドン及びエチレングリコールは焼結に影響を及ぼさないことがわかった。したがって、この真空フリー直接描画技術は積層造形に適用できる可能性がある。
永井 崇之; 刀根 雅也; 勝岡 菜々子; 岡本 芳浩; 馬場 祐治*; 秋山 大輔*
Photon Factory Activity Report 2022 (インターネット), 3 Pages, 2023/00
単純組成ガラス原料に測定元素のみを添加したガラスを作製し、B同位体組成による影響を確認した。その結果、複数の原子価が存在するCeやUはその影響がほとんど認められず、ガラス原料であるSiも僅かな差に留まった。これらのことから、B同位体組成による含有元素の局所構造への影響はかなり小さいと判断する。
永井 崇之; 岡本 芳浩; 馬場 祐治*; 秋山 大輔*; 有馬 立身*
Photon Factory Activity Report 2021 (インターネット), 2 Pages, 2022/00
ホウ素同位体組成によるホウケイ酸ガラス中の含有元素の化学状態や局所構造等への影響把握を目的として、
Bと
Bの組成ガラスを作製し、Si, Cr, Fe, Mo-K端, Ce-L端をXAFS測定した。評価の結果、ホウ素同位体組成によるスペクトルの差は小さく、含有元素の化学状態や局所構造等への影響もほとんど認められなかった。
永井 崇之; 下山 巖; 岡本 芳浩; 秋山 大輔*; 有馬 立身*
Photon Factory Activity Report 2019 (インターネット), 3 Pages, 2020/00
模擬HAWやガラス原料にU化合物を添加してU含有模擬廃棄物ガラスを作製し、U等の化学状態を硬X線領域のXAFS測定により評価した。その結果、U含有ガラスとU添加無ガラスのXAFS測定結果を比較し、廃棄物成分のCeの原子価がU共存により酸化する傾向を確認した。また、ラマン分光測定でガラス組成や作製条件によってSi-O構造が異なることから、軟X線領域のSiのK吸収端XAFS測定を試みた結果、Siの局所構造が組成によって僅かながら変化することを確認した。
吉越 章隆
X線光電子分光法, p.271 - 282, 2018/12
高桑雄二編著「X線光電子分光法」(講談社サイエンティフィク)の第5.10章に放射光時分割X線光電子分光と超音速酸素分子線を使ったSi単結晶表面酸化の酸素分子の吸着反応ダイナミクスに関する著者の研究を中心に解説する。
大島 武; 横関 貴史; 村田 航一; 松田 拓磨; 三友 啓; 阿部 浩之; 牧野 高紘; 小野田 忍; 土方 泰斗*; 田中 雄季*; et al.
Japanese Journal of Applied Physics, 55(1S), p.01AD01_1 - 01AD01_4, 2016/01
被引用回数：14 パーセンタイル：54.58(Physics, Applied)In this study, we report the effects of 
-ray irradiation and subsequent annealing on the electrical characteristics of vertical structure power 4H Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) with the blocking voltage of 1200 V. The MOSFETs were irradiated with -rays up to 1.2 MGy in a N atmosphere at room temperature (RT). During the irradiation, no bias was applied to each electrode of the MOSFETs. After the irradiation, the MOSFETs were kept at RT for 240 h to investigate the stability of their degraded characteristics. Then, the irradiated MOSFETs were annealed up to 360 
C in the atmosphere. The current-voltage (I-V) characteristics of the MOSFETs were measured at RT. By 1.2 MGy irradiation, the shift of threshold voltage (V
) for the MOSFETs was -3.39 V. After RT preservation for 240 h, MOSFETs showed no significant recovery in V. By annealing up to 360 C, the MOSFETs showed remarkable recovery, and the values of V become 91 % of the initial values. Those results indicate that the degraded characteristics of SiC MOSFETs can be recovered by thermal annealing at 360 C.
田口 富嗣; 山本 春也; 樹神 克明; 朝岡 秀人
Carbon, 95, p.279 - 285, 2015/12
被引用回数：11 パーセンタイル：35.36(Chemistry, Physical)340KeVのSi
イオン照射により、多結晶SiCナノチューブからアモルファスSiCナノチューブの合成に初めて成功した。また、マスクを用いたイオン照射により、一本のナノチューブ内に多結晶領域とアモルファス領域が混在する多結晶/アモルファスヘテロ構造SiCナノチューブの合成にも成功した。内部にカーボン層を有するC-SiCナノチューブについても、イオン照射を行った。その結果、照射前では、カーボン層間はチューブの長さ方向に平行であったが、照射後、チューブの径方向に平行になることから、イオン照射によりカーボン層間方向が90傾くことを明らかにした。
武山 昭憲; 松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 小野田 忍; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; et al.
Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.134 - 137, 2015/11
Influence of -ray irradiation under high temperature and high humidity circumstance on the electrical characteristics of Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) was investigated. The drain current (I
)-gate voltage (V
) curves shifted to the negative voltage side and no significant further shift was observed with increasing the dose above 10 kGy. Suppression of the negative shift of threshold voltage (V
) means that positive charges generated by irradiation were thermally annealed by elevated temperature during irradiation. The leakage current slightly increased at 5 and 10 kGy, however, those values recovered to be approximately the initial value above 40 kGy. Humidity circumstance attributed to remarkable suppression of the leakage current in comparison with dry circumstance.
岩本 直也*; Azarov, A.*; 大島 武; Moe, A. M. M.*; Svensson, B. G.*
Journal of Applied Physics, 118(4), p.045705_1 - 045705_8, 2015/07
被引用回数：6 パーセンタイル：26.86(Physics, Applied)Influence of high-temperature annealing on deep-level defects in a high-purity semi-insulating hexagonal (4H) silicon carbide (SiC) substrates was studied. From secondary ion mass spectrometry, it was found that the substrates contained boron (B) with concentration in the mid 10
/cm
range while other impurities including nitrogen, aluminum, titanium, vanadium and chromium were below their detection limits. Schottky barrier diodes (SBDs) were fabricated on substrates annealed at 1400
1700 C. The series resistance of the SBDs decreased with increasing annealing temperature. Admittance spectroscopy results showed the presence of shallow B acceptors and deep-level defects. By 1400 C annealing, the B acceptors were still compensated by deep-level defects. However, the concentration of deep-level defects decreased with increasing annealing temperature above 1400 C. Therefore, the decreases in series resistance due to high temperature annealing can be interpreted in terms of annealing of deep-level defects which act as compensation centers for B acceptors.
Lohrmann, A.*; 岩本 直也*; Bodrog, Z.*; Castelletto, S.*; 大島 武; Karle, T. J.*; Gali, A.*; Prawer, S.*; McCallum, J. C.*; Johnson, B. C.*
Nature Communications (Internet), 6, p.7783_1 - 7783_7, 2015/07
被引用回数：145 パーセンタイル：96.84(Multidisciplinary Sciences)A new single photon source (SPS) was found in hexagonal silicon carbide (SiC), and the luminescence from the SPS could be controlled by the operation of the pn diode. The SPS showed electro-luminescence (EL) with spectra between 700 and 850 nm (zero phonon line: 745 nm) and the EL could be easily observed at even room temperature (RT). Also, the SPS has very high thermal stability and can be observed even after 1800 C annealing. The luminescence from the SPS was also observed by photo-luminescence measurements at RT. From Ab initio calculation, it was proposed that the silicon antisite defects beneath cubic SiC inclusion are a reasonable structure for the SPS although the identification of the SPS has not yet done.
Pastuovi
, 
*; Capan, I.*; Cohen, D.*; Forneris, J.*; 岩本 直也*; 大島 武; Siegele, R.*; 星乃 紀博*; 土田 秀一*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 348, p.233 - 239, 2015/04
被引用回数：7 パーセンタイル：51.03(Instruments & Instrumentation)The relationship between defects created in SiC semiconductors and the degradation of SiC particle detectors was investigated. The n-type Schottky barrier diodes (SBD) fabricated on an epitaxial 4H-SiC layer were irradiated with a raster scanned alpha particle microbeam (either 2 or 4 MeV He
ions) to introduce crystal damage with different depths. Deep level transient spectroscopy (DLTS) was applied to characterize defects generated in SiC by He ion irradiation. Ion Beam Induced Charge (IBIC) microscopy was used to determine the degradation of the charge collection efficiency (CCE). DLTS and electrical characteristics measurements suggested that minority carrier lifetime decreased with increasing the concentration of Z
defect. Also, the free carrier concentration in SiC decreased with increasing He fluence. Furthermore, the formation of new type of defects, i.e. complex (cluster) defects was detected. In conclusion, the value of CCE decreased due to above-mentioned effects.
Son, N. T.*; 梅田 享英*; 磯谷 順一*; Gali, A.*; Bockstedte, M.*; Magnusson, B.*; Ellison, A.*; 森下 憲雄; 大島 武; 伊藤 久義; et al.
Physica B; Condensed Matter, 376-377, p.334 - 337, 2006/04
被引用回数：3 パーセンタイル：17.95(Physics, Condensed Matter)六方晶炭化ケイ素(4H-SiC)の固有欠陥解明研究の一環として、P6/P7とラベル付けされた格子欠陥(センター)を電子常磁性共鳴(EPR)法及び理論計算(ab initio)法を用いて調べた。室温または850Cでの3MeV電子線照射により4H-SiC中にP6/P7センターを導入し、EPR測定を行った結果、P6/P7センターの近接炭素及びシリコン原子の超微細相互作用定数が電気的に中性の複空孔(V
V
)に対する計算値と非常によく一致することがわかった。これにより、正に帯電した炭素空孔と炭素アンチサイト対の光励起三重項状態(VC)と従来考えられていたP6/P7センターが、C
/C
対称性を有するVVの三重基底状態に起因すると結論できた。
松浦 秀治*; 鏡原 聡*; 伊藤 祐司*; 大島 武; 伊藤 久義
Physica B; Condensed Matter, 376-377, p.342 - 345, 2006/04
被引用回数：8 パーセンタイル：38.37(Physics, Condensed Matter)炭化ケイ素(SiC)半導体中の欠陥制御研究の一環として、p型4H-SiC中の欠陥とAlアクセプタ不純物の電気的活性化の関係を調べた。加速エネルギー200keV及び4.6MeVの電子線照射によりSiCへの欠陥導入を行った。200keVはSiC中のC原子のみがはじき出されるエネルギーであり、4.6MeVはSi, C, Al原子ともにはじき出される条件に相当する。Alアクセプタの電気的活性化に関してはHall係数の温度依存性を測定することで調べた。その結果、200keV電子線照射では、200meVの活性化エネルギーを持つAlアクセプタ濃度が減少し、それに対応して350meVの深い準位が増加することがわかった。一方、4.6MeV電子線照射では、正孔濃度が急激に減少して、Alアクセプタ濃度が一桁減少し、同時に350meVの深い準位も減少した。以上より、200keV電子線ではC空孔(V)が形成され、そのVとAlアクセプタが結合することでV-Al複合欠陥となり、200meVの浅いAlアクセプタが減少すると考えられる。また、350meVの深いアクセプタ準位がV-Al複合欠陥に起因し、200keV電子線照射では増加すると推察される。一方、4.6MeV電子線照射では、全ての構成元素がはじき出されるため、新たな欠陥生成により正孔濃度(200meV, 350meVの準位)が減少すると解釈できる。
松浦 秀治*; 鏡原 聡*; 伊藤 祐司*; 大島 武; 伊藤 久義
Microelectronic Engineering, 83(1), p.17 - 19, 2006/01
被引用回数：3 パーセンタイル：24.42(Engineering, Electrical & Electronic)六方晶炭化ケイ素(4H-SiC)中のアルミニウム(Al)アクセプタ不純物の電気的な性質を明らかにするために、電子線照射した4H-SiCの正孔濃度を調べた。電子線照射はSiC中の炭素原子(C)のみをはじき出すことができる200keVと、シリコン(Si), C、及びAl全ての原子をはじき出す4.6MeVのエネルギーを用いて行った。その結果、200keV電子線照射では正孔濃度が減少し、それに対応するようにAlに関連する深い準位(活性化エネルギー:350meV)が増加した。このことより、200keV電子線照射によりAlアクセプタに隣接するC原子がはじき出されAl-Vのような複合欠陥が形成されることでAlアクセプタ濃度が減少する機構と、350eV付近の深い準位はAl-Vの複合欠陥に由来することが示唆された。一方、4.6MeV電子線照射では、正孔濃度は激減し、350meVの深い準位も若干の減少を示した。このことから、Si, C, Al原子を全てはじき出す高エネルギー電子線照射では、新たな欠陥が形成されて、正孔濃度が減少するとが考えられる。
Pensl, G.*; Ciobanu, F.*; Frank, T.*; Kirmse, D.*; Krieger, M.*; Reshanov, S.*; Schmid, F.*; Weidner, M.*; 大島 武; 伊藤 久義; et al.
Microelectronic Engineering, 83(1), p.146 - 149, 2006/01
被引用回数：15 パーセンタイル：59.26(Engineering, Electrical & Electronic)SiC中の欠陥を制御することで素子特性の改善に役立てることを目的に、炭化ケイ素(SiC)中及びSiC/酸化膜界面の欠陥の電気的性質を調べた。SiCへの欠陥導入には200keV及び2MeV電子線照射,窒素及び炭素イオン注入を行った。深部欠陥準位測定(DLTS)及び低温でのフォトルミネッセンス(LTPL)により欠陥を調べた結果、炭素原子のみをはじき出す200keV電子線照射では、全原子をはじき出す2MeV電子線照射とは異なる欠陥準位が観測された。また、SiC/酸化膜界面への窒素イオン注入により界面欠陥(界面準位)が観測限界以下の10/cm
eV
まで減少することを見いだした。
大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 伊藤 久義
Materials Science Forum, 527-529, p.1347 - 1350, 2006/00
炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた耐放射線性粒子検出器開発の一環として、酸素イオン入射により六方晶(6H)SiC pnダイオード中に発生する電荷を調べた。pnダイオードはp型6H-SiCエピタキシャル基板上に、800Cでのリンイオン注入及び1650Cでの熱処理(Ar中、5分間)によりn型領域を形成することで作製した。68MeVのエネルギーの酸素イオンマイクロビームをpnダイオードに入射し、イオンビーム誘起過渡電流(TIBIC)を測定することで生成電荷量を評価した。その結果、イオンの飛程が電界層である空乏層長より短い場合は、pnダイオードで収集した電荷量は理論計算より見積もったイオン誘起電荷量と良い一致を示し、収集効率が100%であることが確認された。また、イオンの飛程が空乏層長より長い場合、イオン入射により発生する過渡的な電界(ファネリング)の効果により、空乏層より深い領域からも電荷が収集されることを見いだした。
-, 4
-, and 6-SiC磯谷 順一*; 片桐 雅之*; 梅田 享英*; Son, N. T.*; Henry, A.*; Gali, A.*; 森下 憲雄; 大島 武; 伊藤 久義; Janz
n, E.*
Materials Science Forum, 527-529, p.593 - 596, 2006/00
炭化ケイ素(SiC)中のリン(P)ドナーを電子常磁性共鳴(EPR)により調べた。試料は化学気相成長中にPを導入した立方晶(3-)SiC,六方晶(4-, 6-)SiCを用いた。また、高品質高抵抗SiC基板にPイオン(921MeV)を注入し、Ar中1650Cで30分間熱処理を行った試料も用いた。低温(6K及び60K)でのEPR測定の結果、3-SiCではP, 4-SiCではP
, 6-SiCではP
, P
というPドナーに起因するシグナルの観測に成功した。また、イオン注入によりPを導入したSiC基板から得られるEPRシグナルを詳細に調べることで、炭素サイトを置換したP不純物シグナルであるP
及びP
も合わせて観測できた。
Son, N. T.*; 梅田 享英*; 磯谷 順一*; Gali, A.*; Bockstedte, M.*; Magnusson, B.*; Ellison, A.*; 森下 憲雄; 大島 武; 伊藤 久義; et al.
Materials Science Forum, 527-529, p.527 - 530, 2006/00
電子常磁性共鳴(EPR)を用いて六方晶炭化ケイ素(4H-, 6H-SiC)中の欠陥センターであるP6/P7の構造同定を行った。試料はn型,p型の4H-及び6H-SiC及び高品質半絶縁4H-SiCを用いた。室温または850Cでの3MeV電子線照射(2
10
110
/cm)によりP6/P7センターを導入した。低温(8K及び77K)での
C及び
Siの超微細相互作用を調べた結果、P6及びP7センターは、それぞれ、結晶のC軸に垂直または平行なシリコン空孔(V)と炭素空孔(V)の複空孔(V-V)であると決定できた。
p diodes using transient ion beam-induced current大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 山川 猛; 小野田 忍; 若狭 剛史; Laird, J. S.; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 伊藤 久義; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 541(1-2), p.236 - 240, 2005/04
被引用回数：9 パーセンタイル：55.92(Instruments & Instrumentation)炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた放射線粒子検出器開発の一環として、SiC pnダイオードにイオンが入射した時に発生する電荷の収集挙動を調べた。実験はTIARAのタンデム加速器に接続するマイクロビームラインにて、15MeV酸素イオンを用いて行った。シングルイオンヒットによるイオンビーム誘起過渡電流(TIBIC)を測定したところ、SiC pnダイオードへの印加電圧の増加に従い過渡電流波形のピーク強度が大きくなること及び収集時間が短くなることが見いだされた。さらに、過渡電流を積算することで収集電荷を見積もった結果、印加電圧が低く空乏層がイオンの飛程より短い場合は、ファネリング効果によって空乏層より深い領域で発生した電荷が収集されることが判明した。また、空乏層長がイオンの飛程より長くなる印加電圧150Vでは、ほぼ100%の電荷収集効率となり、SiC pnダイオードが粒子検出器として応用可能であることが確認された。
