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論文

Impact of the ground-state 4 symmetry for anisotropic hybridization in the heavy-fermion superconductor CeNi $_{2}$ Ge $_{2}$

藤原秀紀*; 中谷泰博*; 荒谷秀和*; 金井惟奈*; 山神光平*; 濱本諭*; 木須孝幸*; 山崎篤志*; 東谷篤志*; 今田真*; et al.

Physical Review B, 108(16), p.165121_1 - 165121_10, 2023/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.165121

被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the ground-state symmetry of the Ce 4 states in the heavy-fermion superconductor CeNi $_{2}$ Ge $_{2}$ , yielding anisotropic hybridization between the Ce 4 states and conducting electrons. By analyzing linear dichroism in soft X-ray absorption and core-level hard X-ray photoemission spectra, the 4 symmetry is determined as -type $_{7}$ , promoting predominant hybridization with the conducting electrons originating from the Ge site. The band structures probed by soft X-ray angle-resolved photoemission indicates that the Ge 4 components contribute to the band renormalization through the anisotropic hybridization effects, suggesting that the control of the electronic structures of Ge orbital gives an impact to achieve the exotic phenomena in CeNi $_{2}$ Ge $_{2}$ .

論文

Formation of high-quality SiO $_{2}$ /GaN interfaces with suppressed Ga-oxide interlayer via sputter deposition of SiO $_{2}$

大西健太郎*; 小林拓真*; 溝端秀聡*; 野崎幹人*; 吉越章隆; 志村考功*; 渡部平司*

Japanese Journal of Applied Physics, 62(5), p.050903_1 - 050903_4, 2023/05

https://doi.org/10.35848/1347-4065/acd1ca

高品質SiO $_{2}$ /GaN MOS構造の実現には、GaO $_{x}$ 界面層の形成が有効である。しかしGaO $_{x}$ 層を形成した場合、熱処理条件を注意深く設計しなければ、GaO $_{x}$ 層の還元に伴い正の固定電荷が生成する。そこで本研究では、GaN上にSiO $_{2}$ をスパッタ成膜することで、不安定なGaO $_{x}$ 層を最小限に抑制することを目指した。実際に放射光X線光電子分光測定により、プラズマ化学気相成長法(PECVD)でSiO $_{2}$ を成膜した場合と比較して、スパッタ成膜ではGaO $_{x}$ 層が抑制できることを確認した。成膜後に適切な温度で酸素・フォーミングガスアニールを実施することで、良好な界面特性、絶縁性を有するGaN MOSデバイスを実現した。

論文

Evaluation of doped potassium concentrations in stacked two-Layer graphene using real-time XPS

小川修一*; 津田泰孝; 坂本徹哉*; 沖川侑揮*; 増澤智昭*; 吉越章隆; 虻川匡司*; 山田貴壽*

Applied Surface Science, 605, p.154748_1 - 154748_6, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154748

被引用回数：3 パーセンタイル：48.5(Chemistry, Physical)

グラフェンのKOH溶液への浸漬により、SiO $_{2}$ /Siウェハ上のグラフェンの移動度が改善される。これはK原子によるグラフェン修飾による電子ドーピングのためと考えられるが、このときのグラフェンに含まれるK濃度は不明だった。本研究では高輝度放射光を用いたXPS分析によりK濃度を求めた。リアルタイム観察によりK原子濃度の時間変化を求め、放射光未照射時のK原子濃度は0.94%と推定された。また、K原子の脱離に伴ってC 1sスペクトルが低結合エネルギー側にシフトした。これはグラフェンへの電子ドープ濃度が減少していることを示し、K原子はグラフェンに電子注入していることが実験的に確かめられた。

論文

超音速酸素分子線を用いたアナターゼ型TiO $_{2}$ (001)表面の酸素欠損の修復

勝部大樹*; 大野真也*; 稲見栄一*; 吉越章隆; 阿部真之*

Vacuum and Surface Science, 65(11), p.526 - 530, 2022/11

https://doi.org/10.1380/vss.65.526

アナターゼ型TiO $_{2}$ (001)表面の酸素空孔の酸化を放射光光電子分光と超音速O $_{2}$ ビーム(SSMB)で調べた。超熱酸素分子の供給により、最表面及びサブサーフェスの酸素空孔を除去することができた。アナターゼ型TiO $_{2}$ (001)の表面には、真空容器に移す前の未処理の状態では、酸素空孔が存在している。この空孔は大気中で安定であり、酸素SSMBを用いることにより効果的に除去することができる。本成果は機能性酸化物表面処理として有望である。

論文

Electrical properties and energy band alignment of SiO $_{2}$ /GaN metal-oxide-semiconductor structures fabricated on N-polar GaN(000) substrates

溝端秀聡*; 冨ヶ原一樹*; 野崎幹人*; 小林拓真*; 吉越章隆; 細井卓治*; 志村考功*; 渡部平司*

Applied Physics Letters, 121(6), p.062104_1 - 062104_6, 2022/08

https://doi.org/10.1063/5.0095468

被引用回数：1 パーセンタイル：17.38(Physics, Applied)

N極性GaN(000)基板上に作製したSiO $_{2}$ /GaN MOS構造の界面特性とエネルギーバンドアライメントを、電気測定と放射光X線光電子分光法を用いて調べた。さらに、得られた結果をGa極性GaN(0001)上のSiO $_{2}$ /GaN MOS構造の特性と比較した。SiO $_{2}$ /GaN(000)構造はGaN(0001)基板上に作製した構造よりも熱的に不安定であることがわかった。しかし、絶縁膜堆積後アニールの条件を最適化することにより、SiO $_{2}$ /GaN(000)構造でも優れた電気特性が得られた。一方で、SiO $_{2}$ /GaN(000)構造の伝導帯オフセットがSiO $_{2}$ /GaN(0001)構造よりも小さく、これによるゲートリーク電流の増大が見られた。以上のことから、MOSデバイスの作製においてN極性GaN(000)基板の利用には注意を要することを明らかにした。

論文

Impact of post-nitridation annealing in CO $_{2}$ ambient on threshold voltage stability in 4H-SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistors

細井卓治*; 大迫桃恵*; Moges, K.*; 伊藤滉二*; 木本恒暢*; 染谷満*; 岡本光央*; 吉越章隆; 志村考功*; 渡部平司*

Applied Physics Express, 15(6), p.061003_1 - 061003_5, 2022/06

https://doi.org/10.35848/1882-0786/ac6f42

被引用回数：2 パーセンタイル：34.67(Physics, Applied)

SiO $_{2}$ /SiC構造に対するNOアニールとCO $_{2}$ 雰囲気でのポスト窒化アニール(PNA)の組み合わせが、SiCベースの金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の高いチャネル移動度と優れた閾値電圧安定性を得るために有効であることを実証した。NOアニールにより取り込まれたSiO $_{2}$ /SiC界面のSiO $_{2}$ 側のN原子が電荷捕獲サイトの起源と考えられるが、1300 $^{circ}$ CのCO $_{2}$ -PNAによりSiCを酸化することなくこれらの選択的除去が可能であることがわかった。また、CO $_{2}$ -PNAにはSiO $_{2}$ 中の酸素空孔を補償する効果もあり、結果として正負の電圧温度ストレスに対する高い耐性が得られた。

論文

Impact of nitridation on the reliability of 4H-SiC(110) MOS devices

中沼貴澄*; 小林拓真*; 細井卓治*; 染谷満*; 岡本光央*; 吉越章隆; 志村考功*; 渡部平司*

Applied Physics Express, 15(4), p.041002_1 - 041002_4, 2022/04

https://doi.org/10.35848/1882-0786/ac5ace

被引用回数：5 パーセンタイル：48.5(Physics, Applied)

NO窒化SiC(110)(a面)MOSデバイスのリーク電流およびフラットバンド電圧(VFB)安定性を系統的に調査した。NO窒化は界面特性改善に有効であるが、Fowler-Nordheim(F-N)電流の立ち上がり電界を1MVcm $^{-1}$ 程度低下させ、顕著なリーク電流をもたらした。また、放射光X線光電子分光による測定の結果、窒化処理によってSiO $_{2}$ /SiC界面の伝導帯オフセットが低減していることがわかり、リーク電流増大の起源が明らかになった。さらに、正および負バイアスストレス試験により、窒化a面MOSデバイスでは、電子および正孔注入に対してVFBが不安定であることが明確に示された。

論文

Revisit of XPS studies of supersonic O $_{2}$ molecular adsorption on Cu(111); Copper oxides

林田紘輝*; 津田泰孝; 山田剛司*; 吉越章隆; 岡田美智雄*

ACS Omega (Internet), 6(40), p.26814 - 26820, 2021/10

https://doi.org/10.1021/acsomega.1c04663

被引用回数：7 パーセンタイル：44.69(Chemistry, Multidisciplinary)

X線光電子分光法(XPS)を用いて、バルクCu $_{2}$ O(111)表面と0.5eVのO $_{2}$ 超音速分子線(SSMB)を用いて作製したCu(111)表面のタイプ8とタイプ29と呼ばれる二種類の酸化物に関するXPS分析を報告する。新しい構造モデルを提案するとともに、以前提案した[29]構造のモデルを確認した。酸化物構造の新しいモデルを提案するとともに、O1s XPSスペクトルに基づいて、Cu(111)上のタイプ29酸化物の既提案モデルを確認した。O1sスペクトルの検出角依存性から、ナノピラミッド型モデルがO 1sスペクトルの検出角依存性は、(X)R30 $^{circ}$ Cu $_{2}$ O(111)ではナノピラミッドモデルがより好ましいことがわかった。また、O1s電子励起過程を報告する。

論文

Oxidation of anatase TiO $_{2}$ (001) surface using supersonic seeded oxygen molecular beam

勝部大樹*; 大野真也*; 高柳周平*; 尾島章輝*; 前田元康*; 折口直紀*; 小川新*; 池田夏紀*; 青柳良英*; 甲谷唯人*; et al.

Langmuir, 37(42), p.12313 - 12317, 2021/10

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c01752

被引用回数：1 パーセンタイル：6.77(Chemistry, Multidisciplinary)

超音速分子ビーム(SSMB)を用いて、アナターゼ型TiO $_{2}$ (001)表面の酸素空孔の酸化を調べた。SSMBによって表面およびサブサーフェイスの酸素空孔を除去できた。格子間空孔が酸素空孔の大部分と考えられるが、SSMBによって効果的に除去できた。表面の酸素空孔は、TiO $_{2}$ 結晶成長後の状態では安定であるが、SSMBを用いて同様に効果的に除去できた。

論文

Two-step model for reduction reaction of ultrathin nickel oxide by hydrogen

小川修一*; 多賀稜*; 吉越章隆; 高桑雄二*

Journal of Vacuum Science and Technology A, 39(4), p.043207_1 - 043207_9, 2021/07

https://doi.org/10.1116/6.0001056

被引用回数：1 パーセンタイル：7.86(Materials Science, Coatings & Films)

ニッケル(Ni)は、一酸化窒素分解やアンモニア生成の触媒として使用されているが、酸化されやすく、失活しやすいという特徴がある。酸化したNiの還元過程を明らかにすることは、Ni触媒のより効率的な利用を促進するために不可欠である。本研究では、その場で時間分解光電子分光法を用いて還元過程を調べた。我々は、2段階の還元反応モデルを提案する。第1段階の律速過程は酸素原子の表面析出であり、第2段階の律速過程はH $_{2}$ 分子の解離である。

論文

遷移金属表面の酸化過程のリアルタイム光電子分光観察

小川修一*; Zhang, B.*; 吉越章隆; 高桑雄二*

Vacuum and Surface Science, 64(5), p.218 - 223, 2021/05

https://doi.org/10.1380/vss.64.218

放射光を用いたリアルタイム光電子分光法により、Ti(0001)およびNi(111)表面での酸化反応速度を観察し、酸化状態および酸化物の厚さを測定した。Ti(0001)表面が1.2nmのTiOで完全に覆われた後、400 $^{circ}$ CでTi $^{4+}$ イオンがTiO $_{2}$ 表面に拡散することにより、n型TiO $_{2}$ の急速な成長が進行した。TiO表面での酸素の取り込みが飽和しているということは、TiO表面への酸素の付着係数が無視できるほど小さく、TiのTiO表面への偏析がTiO $_{2}$ の成長を開始するきっかけになっていることを示している。350 $^{circ}$ CのNi(111)表面では、熱的に安定なNiO $_{x}$ が優先的に進行し、その後、p型NiOの成長が始まった。NiO厚さの時間変化は対数成長モデルで表され、NiO成長はNiO表面への電子のトンネル現象に支配されている。

論文

Interface atom mobility and charge transfer effects on CuO and Cu $_{2}$ O formation on Cu $_{3}$ Pd(111) and Cu $_{3}$ Pt(111)

津田泰孝; Gueriba, J. S.*; 牧野隆正*; Dio, W. A.*; 吉越章隆; 岡田美智雄*

Scientific Reports (Internet), 11, p.3906_1 - 3906_8, 2021/02

https://doi.org/10.1038/s41598-021-82180-w

被引用回数：3 パーセンタイル：16.03(Multidisciplinary Sciences)

We bombarded Cu $_{3}$ Pd(111) and Cu $_{3}$ Pt(111) with a 2.3 eV hyperthermal oxygen molecular beam (HOMB) source, and characterized the corresponding (oxide) surfaces with synchrotron-radiation X-ray photoemission spectroscopy (SR-XPS). At 300 K, CuO forms on both Cu $_{3}$ Pd(111) and Cu $_{3}$ Pt(111). When we increase the surface temperature to 500 K, Cu $_{2}$ O also forms on Cu $_{3}$ Pd(111), but not on Cu $_{3}$ Pt(111). For comparison, Cu $_{2}$ O forms even at 300 K on Cu(111). On Cu $_{3}$ Au(111), Cu $_{2}$ O forms only after 500 K, and no oxides can be found at 300 K. We ascribe this difference in Cu oxide formation to the mobility of the interfacial species (Cu/Pd/Pt) and charge transfer between the surface Cu oxides and subsurface species (Cu/Pd/Pt).

論文

X線光電子分光における時空間計測/解析技術の開発; NAP-HARPESから4D-XPSへ

豊田智史*; 山本知樹*; 吉村真史*; 住田弘祐*; 三根生晋*; 町田雅武*; 吉越章隆; 鈴木哲*; 横山和司*; 大橋雄二*; et al.

Vacuum and Surface Science, 64(2), p.86 - 91, 2021/02

https://doi.org/10.1380/vss.64.86

X線光電子分光法における時空間的な測定・解析技術を開発した。はじめに、NAP-HARPES (Near Ambient Pressure Hard X-ray Angle-Resolved Photo Emission Spectroscopy)データにより、ゲート積層膜界面の時分割深さプロファイル法を開発した。この手法を用いて時分割ARPESデータからピークフィッティングとデプスプロファイリングを迅速に行う手法を確立し、4D-XPS解析を実現した。その結果、従来の最大エントロピー法(MEM)とスパースモデリングのジャックナイフ平均法を組み合わせることで、深さ方向プロファイルを高精度に実現できることがわかった。

論文

Surface segregation effect for prevention of oxidation in Ni-X (X=Sn, Sb) alloy by in situ photoelectron spectroscopy

土井教史*; 吉越章隆

Surface and Interface Analysis, 52(12), p.1117 - 1121, 2020/12

https://doi.org/10.1002/sia.6802

被引用回数：1 パーセンタイル：2.52(Chemistry, Physical)

高強度で耐酸化性に優れたNi基合金は、化学プラントに広く使用されている。特に、Niベース合金にSnとSbを添加すると、耐メタルダスティング性が向上する。メタルダスティング環境下では、SnとSbが合金表面に偏析していることが指摘されているが、その詳細は明らかにされていない。高温酸化環境下におけるNi-Sn合金およびNi-Sb合金の挙動を、X線光電子分光法を用いてその場で調べた。その結果、低酸素ポテンシャル環境下での酸化により、SnとSbが合金表面に偏析していることが確認された。これらの結果は、SnとSbの偏析が耐メタルダスティング性を向上させることを示唆している。

論文

Dynamic observation and theoretical analysis of initial O $_{2}$ molecule adsorption on polar and -plane surfaces of GaN

角谷正友*; 隅田真人*; 浅井祐哉*; 田村亮*; 上殿明良*; 吉越章隆

Journal of Physical Chemistry C, 124(46), p.25282 - 25290, 2020/11

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c07151

被引用回数：10 パーセンタイル：40.15(Chemistry, Physical)

O $_{2}$ 分子ビームによるGaN表面[極性Ga面(+c), N面(-c)および無極性(100)()面]の初期酸化をリアルタイム放射光X線光電子分光法およびDFT分子動力学計算によって調べた。三重項O $_{2}$ が+c面のブリッジ位置において解離または化学吸着し、N終端-c面では、O $_{2}$ 分子は解離化学吸着のみであることが分かった。面では、O $_{2}$ の解離吸着が支配的であるが、極性表面に吸着したO $_{2}$ 分子の結合長および角度が異なることが分かった。スピンと極性を考慮した計算モデルが金属酸化物とGaNのデバイス界面の理解に有用であることが分かった。

論文

Gas barrier properties of chemical vapor-deposited graphene to oxygen imparted with sub-electronvolt kinetic energy

小川修一*; 山口尚登*; Holby, E. F.*; 山田貴壽*; 吉越章隆; 高桑雄二*

Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), 11(21), p.9159 - 9164, 2020/11

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02112

被引用回数：3 パーセンタイル：18.31(Chemistry, Physical)

原子レベルで薄いグラフェン層は軽量であり、酸素などの腐食反応物質を直接ブロックする表面保護膜としての活用が提案されている。しかし、数十年という長期的な保護が望まれていることや、合成された実際のグラフェンには欠陥が存在するため、保護膜としての有用性は不明である。本研究では、酸素分子に運動エネルギーを与えることで、本来不浸透であるはずのグラフェンに対して、サブeVの運動エネルギーを持つ高速酸素分子では触媒的な浸透特性を示すことを実証した。この分子は熱分布のごく一部であるため、この暴露実験は数十年にわたる暴露を理解するための加速ストレステストとしての役割を果たす。グラフェンの透過率は、低速酸素分子と比較して2桁の増加を示した。また、グラフェンは、高速酸素分子が透過した後も、低速酸素分子に対する相対的な不透過性を維持しており、このプロセスが非破壊的であり、暴露された物質の基本的な特性であることを示している。

論文

Synchrotron radiation photoelectron spectroscopy study on oxides formed at Ge(100)21 surface in atmosphere

吉越章隆

Japanese Journal of Applied Physics, 59(SM), p.SMMB05_1 - SMMB05_5, 2020/07

https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab8f0b

被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)

本研究では、UHV条件で準備した清浄Ge(100)21表面を空気中に晒された時に形成される酸化物のシンクロトロン放射光電子分光法(SR-XPS)による分析結果を示す。高エネルギー分解能のSR-XPSによってGe表面に形成されるGe酸化物の詳細な化学状態が明らかにされた。大気中の水蒸気がGe表面をゆっくりと酸化するという証拠を明らかにできた。この研究は、Ge表面に形成される酸化物の形成メカニズムの理解に役立つと期待される。

論文

Roles of strain and carrier in silicon oxidation

小川修一*; 吉越章隆; Tang, J.*; 堰端勇樹*; 高桑雄二*

Japanese Journal of Applied Physics, 59(SM), p.SM0801_1 - SM0801_42, 2020/07

https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab82a9

被引用回数：5 パーセンタイル：33.01(Physics, Applied)

この論文では、SiO $_{2}$ /Si界面付近の点欠陥生成を介したSi酸化反応の統一モデルに関するレビューをする。この点欠陥は放出されたSi原子と空孔からなり、このダングリングボンドにおいてO $_{2}$ 分子の解離吸着が起きる。点欠陥の生成速度が、酸化にともない誘起される歪み、SiとSiO $_{2}$ 間の熱膨張係数の違いに起因する熱歪み、熱励起によるSi放出の速度および吸着熱の組み合わせによって与えられることを示す。

論文

Evaluation and mitigation of reactive ion etching-induced damage in AlGaN/GaN MOS structures fabricated by low-power inductively coupled plasma

野崎幹人*; 寺島大貴*; 吉越章隆; 細井卓治*; 志村考功*; 渡部平司*

Japanese Journal of Applied Physics, 59(SM), p.SMMA07_1 - SMMA07_7, 2020/07

https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab8f0e

被引用回数：2 パーセンタイル：12.5(Physics, Applied)

AlGaN/GaN高移動度トランジスタ(HEMT)はヘテロ界面に誘起される高濃度・高移動度な2次元電子ガス(2DEG)により高周波・高出力動作を実現できるが、トランジスタのノーマリーオフ化のためにはゲート下のAlGaN層を薄層化したリセス構造の形成等が必要となる。AlGaN層は誘導結合プラズマを用いた反応性イオンエッチング(ICP-RIE)により比較的容易に薄層化できるが、エッチング時の損傷による特性劣化が懸念される。本研究ではICP-RIE後のAlGaN層に対し放射光光電子分光分析やホール効果測定を行い、AlGaN/GaN構造に対する極低バイアス電力のICP-RIEが加工表面の変質や2DEG特性劣化などの加工損傷を大幅に低減できることを示した。またRIE加工面上でのMOS構造形成では、プロセス中に表面変質層が酸化されるため、界面特性が2DEG特性ほど強くバイアス電力に影響されないことがわかった。

論文

Initial oxidation kinetics of Si(113)-(32) investigated using supersonic seeded molecular beams

大野真也*; 田中一馬*; 小玉開*; 田中正俊*; 吉越章隆; 寺岡有殿*

Surface Science, 697, p.121600_1 - 121600_6, 2020/07

https://doi.org/10.1016/j.susc.2020.121600

被引用回数：1 パーセンタイル：6.04(Chemistry, Physical)

放射光高分解能光電子分光法によってシリコン(113)表面の初期酸化を調べた。本研究では、Si2pとO1s光電子スペクトルから酸化物の厚さおよび組成を評価するとともにSiO $_{2}$ /Si界面のひずみを評価した。Si2pから酸化成分(Si $^{1+}$ , Si $^{2+}$ , Si $^{3+}$ , Si $^{4+}$ )を分析した。また、O1sスペクトルは、低結合エネルギー成分(LBC)および高結合エネルギー成分(HBC)に分離された。非熱酸化プロセスを調べるために、並進運動エネルギー( $E_{rm t}$ )を高めることが可能な超音速シード分子ビーム(SSMB)を使った。酸化物の品質と酸化速度が、 $E_{rm t}$ を変えることで大きく変わることが明らかになった。