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論文

セシウムを含む粘土鉱物のナノスケール化学状態分析によりセシウム除去プロセスの開発を探る; 軟X線放射光光電子顕微鏡の絶縁物観察への応用

吉越 章隆

放射光利用の手引き, p.130 - 138, 2019/02

次世代放射光利用に関する啓蒙書の分担執筆を行う。2018年出版の論文[Appl. Phys. Lett.112 (2018) 021603]の内容を解説するとともに、次世代放射光を光源とする光電子顕微鏡の発展と環境試料や絶縁性機能性材料分析への可能性を記述する。

論文

Biodegradability of disulfide-organosilica nanoparticles evaluated by soft x-ray photoelectron spectroscopy; Cancer therapy implications

銘苅 春隆*; 吉越 章隆; 中村 教泰*; 堂浦 智裕*; 玉野井 冬彦*

ACS Applied Nano Materials (Internet), 2(1), p.479 - 488, 2019/01

シリカナノ粒子は、標的薬を可能にするためにドラッグデリバリーシステムとして魅力的である。リスクを最小限に抑えるために、理想的には、薬物送達後体内でナノ粒子が分解する必要がある。しかし、シリカナノ粒子の生分解に関する研究は十分でない。本研究では、X線光電子分光と電界放射型走査電子顕微鏡を用いて、細胞中に見られるペプチドであるグルタチオンによるシリカナノ粒子の分解を調べた。我々の結果は間接的にグルタチオンがナノ粒子中のジスルフィド結合の減少(ナノ粒子の解離)を引き起こすことを示した。解離したナノ粒子は、特定の条件下で大きな楓葉形状の構造物を形成する。これらの対称構造の形成機構を検討した。

論文

硬X線光電子分光の開発現状と今後の展開

小畠 雅明; 岡根 哲夫; 小林 啓介*

分光研究, 67(4), p.161 - 162, 2018/08

放射光施設で急速に導入・開発されている硬X線光電子分光法について紹介する。特に、絶縁体の硬X線光電子分光による電子状態分析を実現するために、開発した電荷中和法について技術開発のトピックスとして取り上げた。その一例として、福島第一原子力発電所事故を想定したセシウムの原子炉構造への吸着挙動について示した。最後に、硬X線光電子分光法の今後の展望について述べる。

論文

SiO$$_{2}$$/AlON stacked gate dielectrics for AlGaN/GaN MOS heterojunction field-effect transistors

渡邉 健太*; 寺島 大貴*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 按田 義治*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 57(6S3), p.06KA03_1 - 06KA03_6, 2018/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:59.26(Physics, Applied)

AlGaN/GaN MOS-HFETの高性能化・ノーマリオフ化には、高品質なゲート絶縁膜が必要である。これまで我々はAl$$_{2}$$O$$_{3}$$に窒素を添加したAlON膜がAl$$_{2}$$O$$_{3}$$膜よりも電子注入耐性および界面特性に優れることを明らかにしている。本研究では、その良好な界面特性を維持しつつ、更に絶縁性の向上を図るため、薄いAlON界面層上にバンドギャップの広いSiO$$_{2}$$膜を積層したSiO$$_{2}$$/AlON/AlGaN/GaN構造について検討した。その結果、AlON界面層の厚さが約3.3nmと薄い場合でも、SiO$$_{2}$$/AlON積層構造はAlON単層の場合と同等の容量-電圧特性を示し、良好な界面特性を示した。また、絶縁破壊電界はAlON単層と比べて2倍以上の約8MV/cmを示した。以上の結果は、SiO$$_{2}$$/AlON積層構造が優れた界面特性と絶縁特性を両立するGaN MOSデバイス向けゲート絶縁膜として有望であることを意味している。

論文

Implementation of atomic layer deposition-based AlON gate dielectrics in AlGaN/GaN MOS structure and its physical and electrical properties

野崎 幹人*; 渡邉 健太*; 山田 高寛*; Shih, H.-A.*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 57(6S3), p.06KA02_1 - 06KA02_7, 2018/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:59.26(Physics, Applied)

MOSゲート構造の採用によるAlGaN/GaN-HFETの高性能化のためにはリーク電流が少なく、かつ界面特性が良好なゲート絶縁膜が必要である。Al$$_{2}$$O$$_{3}$$膜は比較的高い誘電率と広いバンドギャップを持つことから有望視されているが、界面特性向上技術の開発や電子注入耐性の低さによる閾値電圧変動等の課題を抱えている。本研究ではALD法によるAlON成膜を検討した。MOSキャパシタのC-V特性には界面欠陥応答に起因する周波数分散がほとんど見られておらず、AlON/AlGaN界面が良好であることがわかる。AlON試料は同様にALD法で堆積したAl$$_{2}$$O$$_{3}$$ MOSキャパシタよりもシフト量が少なく、電子注入耐性の向上も確認できた。これらの良好な特性は本研究のALD-AlON膜がGaN MOSデバイス向けのゲート絶縁膜として有望であることを示している。

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

Nanoscale spatial analysis of clay minerals containing cesium by synchrotron radiation photoemission electron microscopy

吉越 章隆; 塩飽 秀啓; 小林 徹; 下山 巖; 松村 大樹; 辻 卓也; 西畑 保雄; 小暮 敏博*; 大河内 拓雄*; 保井 晃*; et al.

Applied Physics Letters, 112(2), p.021603_1 - 021603_5, 2018/01

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

放射光光電子顕微鏡(SR-PEEM)を人工的にCs吸着したミクロンサイズの風化黒雲母微粒子のピンポイント分析に適用した。絶縁物にもかかわらず、チャージアップの影響無しに構成元素(Si, Al, Cs, Mg, Fe)の空間分布を観察できた。Csが粒子全体に分布することが分かった。Cs M$$_{4,5}$$吸収端近傍のピンポイントX線吸収分光(XAS)から、1価の陽イオン状態(Cs$$^{+}$$)であることがわかった。さらに、Fe L$$_{2,3}$$吸収端の測定から、Feの価数状態を決定した。我々の結果は、サンプルの伝導性に左右されること無く、SR-PEEMがさまざまな環境試料に対するピンポイント化学分析法として利用可能であることを示すものである。

口頭

SiO$$_{2}$$/GaN構造の熱酸化処理による極薄GaOx界面層形成とMOS界面特性向上

山田 高寛*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 孝功*; 渡部 平司*

no journal, , 

MOS型GaNパワーデバイス実現には、絶縁膜/GaN界面の特性改善が重要な課題である。本研究ではGaN基板上にSiO$$_{2}$$層を成膜した試料に対して熱酸化処理を行い、極薄GaOx界面層の形成について検討するとともに、作製したSiO$$_{2}$$/GaOx/GaN MOSキャパシタの電気特性評価を行った。SiO$$_{2}$$/GaN構造の熱酸化によって平坦かつ極薄GaOx界面層が形成可能であることがわかった。次に、GaOx/GaN界面の電気特性を評価するため、各試料に対して膜質改善のためN$$_{2}$$雰囲気中で800度3分間の熱処理を施した後、Niゲート電極とAl裏面電極を真空蒸着してSiO$$_{2}$$/GaOx/GaN MOSキャパシタを作製した。各試料の容量-電圧(C-V)特性において、1000度の試料を除いて、1kHz-1MHzの周波数範囲に渡って周波数分散およびヒステリシスはほとんど見られなかった。さらに、理想C-Vカーブともよく一致しており、非常に優れた界面が実現されていることがわかった。

口頭

Design and control of interface reaction between Al-based dielectrics and AlGaN layer for hysteresis-free AlGaN/GaN MOS-HFETs

渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 孝功*; et al.

no journal, , 

GaNはパワーデバイスへの応用が期待されている。ゲート絶縁膜として原子層堆積法(ALD)によるAl$$_{2}$$O$$_{3}$$が広く検討されているが、現在のところ十分な界面特性は得られていない。ALDとスパッタ法の違いとして、ALDでは300度程度で成膜しているのに対し、スパッタ成膜は室温で実施していることから成膜温度が界面特性に影響を与えていると推察される。そこで本研究では、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$及びAlONについて成膜時の基板温度を室温から300度の範囲で変化させ、放射光光電子分光法によるMOS界面構造評価及び、MOSキャパシタによる電気特性評価を行った。その結果、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$を300度で成膜した場合、成膜中にAlGaN表面の酸化及び後熱処理によるGa拡散が見られ、界面特性が劣化することがわかった。それに対しAlONは成膜温度に関わらず界面反応のほとんど無い良好な熱的安定性を示し、また界面特性にも優れることがわかった。

口頭

Physical and electrical characterization of AlGaN/GaN MOS gate stacks with AlGaN surface oxidation treatment

山田 高寛*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; Shih, H.*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 孝功*; et al.

no journal, , 

高性能AlGaN/GaN-HFETの実現に絶縁膜/AlGaN界面制御が重要である。本研究ではAlGaN表面の熱酸化過程を調べるとともに、AlGaN/GaN MOSキャパシタの電気特性に関する表面酸化処理の効果ついて調べた。Si(111)基板上にAlGaN/GaN層をエピ成長した試料を用いた。AlGaN表面の酸化は400度の低温から進行することがわかった。しかしながら、表面形状の目立った変化は800度まで確認されなかったことから、AlGaN表面には極薄の酸化層が形成されていると考えられる。一方、850度以上では酸化物結晶粒の形成が観察され、その成長はAlGaN表面の平坦性を著しく低下させたことから、AlGaN/GaN MOSキャパシタは800度以下で酸化処理したAlGaN表面上に形成された。まず、反応性スパッタによりゲート絶縁膜としてAlON膜(18nm)を成膜した後、膜質改善のため窒素中で800度、3分間の熱処理を施した。そして、Al/TiオーミックコンタクトおよびNiゲート電極を蒸着してMOSキャパシタを作製した。先の研究成果から、我々は熱酸化を施していないAlON直接成膜の試料において、比較的に良好な界面特性が得られることを確認している。その容量-電圧(C-V)カーブと比べて、800度熱酸化した試料では、周波数分散の増加やC-Vカーブの傾きの減少が確認され、界面特性が劣化することがわかった。一方、400度で酸化処理した試料では、界面特性の更なる改善が確認され、ヒステリシスも減少することがわかった。

口頭

Synchrotron radiation photoemission electron microscopy analysis of clay minerals containing cesium

吉越 章隆

no journal, , 

粘土鉱物中のCs除染は、Csが粘土に強固に結合しているため困難となっている。Csを効率的に除去する方法の開発は、非常に重要な問題であり、粘土鉱物中のCs吸着およびその物理化学的性質の基礎的理解は重要である。本研究では、人工的に吸着した非放射性Csを含むミクロサイズの風化黒雲母粒子のピンポイント分析をシンクロトロン放射線光電子顕微鏡(SR-PEEM)によって実現した。粘土の絶縁特性にもかかわらず、適切な表面処理によって帯電問題なしにナノメートル分解能を有する構成元素の空間分布を観察した。ピンポイントXASスペクトルは、FeおよびCsの化学状態の情報を与え、Cs吸着が電荷補正によって起きることを強く示唆している。Cs含有量が極端に低い現実のサンプルに適用するにはさらなる技術開発が必要であるが、Cs吸着粘土鉱物のナノスケール分析に有効であることを示す第一歩となった。

口頭

Cs含有粘土鉱物粒子の放射光光電子顕微鏡によるピンポイント分析

吉越 章隆

no journal, , 

Cs含有粘土鉱物の放射光光電子顕微鏡を用いたピンポイント分析に関して招待講演の一つとして講演する。構成元素の分布を観察するとともにCsおよびFeのナノスケール化学状態分析に成功し、Cs吸着モデルとの関係を報告する。放射光光電子顕微鏡の将来展望に関しても議論する。

口頭

福島第一原子力発電所(1F)周辺環境試料の化学状態分析のための硬X線光電子分光の高度化

小畠 雅明; 佐藤 志彦; 岡根 哲夫; 川崎 郁斗; 吉井 賢資; 福田 竜生; 逢坂 正彦; 大和田 謙二*

no journal, , 

福島第一原子力発電所周辺で採取された放射性微粒子などの環境試料に対する硬X線光電子分光法(HAXPES)による化学状態分析を可能にするために、イオンと電子の同軸照射による帯電中和技術を確立した。この技術を用いて、放射性微粒子の化学状態分析を実現した。

口頭

Physical and electrical characterization of AlGaN/GaN MOS gate stacks with AlGaN surface oxidation treatment

山田 高寛*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; Shih, H.*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

no journal, , 

高性能AlGaN/GaN-HFETの実現には、ゲートリーク電流抑制の点でMOSゲート構造が望ましいため、絶縁膜/AlGaN界面制御が重要である。本研究ではAlGaN表面の熱酸化過程を調べるとともに、AlGaN/GaN MOSキャパシタの電気特性に関する表面酸化処理の効果ついて調べた。表面の酸化状態を放射光光電子分光測定により詳細に調べたところ、AlGaN表面の酸化は400$$^{circ}$$Cの低温から進行し極薄酸化層が形成されていると考えられる。平坦性の良いAlGaN表面を持つAlGaN/GaN MOSキャパシタを800$$^{circ}$$C以下で酸化処理して形成した。その容量-電圧(C-V)測定から、800$$^{circ}$$C熱酸化した試料では界面特性が劣化することがわかった。一方、400$$^{circ}$$C酸化処理した試料では、界面特性の更なる改善が確認され、ヒステリシスも減少することがわかった。

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