【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.08】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22KT1062
利用課題名 / Title
フィールドエミッタアレイの膜物性評価
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
窒化ハフニウム, 電界放出電子源,電子顕微鏡/Electron microscopy,X線回折/X-ray diffraction
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
後藤 康仁
所属名 / Affiliation
京都大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
大住知暉
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-301：超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡
KT-310：X線回折装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
過酷環境下で動作するデバイスへの応用が期待されるフィールドエミッタアレイ(FEA)の陰極材料として窒化ハフニウム(HfN)が適していると考えられる1)。FEAの特性向上のため、成膜時の基板位置を変えることで、結晶配向性の異なるHfN薄膜の成膜を試みた。結晶配向性の評価をθ－2θ測定, ロッキングカーブ測定により行い、HfN薄膜について、異なる基板位置で成膜した場合の結晶子の向きの変化を調べた。また、HfN薄膜の断面をSEMにより観察し、結晶の形状を調べた。
実験 / Experimental
HfNターゲットを用いて、RFマグネトロンスパッタによりSiO2/Si基板上にHfNを堆積した。成膜条件はRF電力80 W、基板温度500℃、Ar圧力1.2 Pa、ターゲット基板間距離30 mmとした。基板の位置はターゲットのエロージョンリングにほぼ対向する位置より内側(位置a)、外側(位置b)に配置した。成膜したHfN膜の結晶配向性をX線回折装置 Smart-Lab 9Kにより評価した。θ－2θ測定、ロッキングカーブ測定を行い、結晶配向性を評価した。結晶の形状を調べるため、HfN薄膜の断面を超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡SU-8000により観察した。
結果と考察 / Results and Discussion
θ－2θ測定において、NaCl構造のHfNの(111)面、 (200)面からの回折線が主に観測された。位置aでは、(200)面からの回折強度が最大であり、位置bでは(111), (200)面からの回折強度はほぼ同等であった。θ－2θ測定の後、(111), (200)回折線のロッキングカーブ測定を行った。Fig. 1にHfN薄膜の(200)面の回折線のロッキングカーブを示す。位置aでは基板に対して垂直方向に結晶子が向いているが、位置bでは結晶子の向きが位置aほど特定の方向に向いていないことが分かった。位置a で成膜したHfN薄膜のSEMによる断面観察の結果をFig. 2に示す。位置aでは、基板に垂直な方向に柱状構造が確認できた。一方で、位置bでは、結晶の形状は明確に分からなかった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1. HfN薄膜の(200) 面の回折線のロッキングカーブ
Fig. 2. 位置aで成膜したHfN薄膜の断面
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献
1) 後藤, J.
Vac. Soc. Jpn. 60, 55 (2017).
2) R. Fujii et al., Vacuum 80, 832 (2006).
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- T. Osumi and Y. Gotoh, "Crystal orientation of hafnium nitride thin films prepared at different positions by rf magnetron sputtering", 22nd International Vacuum Congress (Sapporo), September 15, 2022, Thu-H1-6.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件