【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23HK0015

利用課題名 / Title

ナノグラニュラー誘電体薄膜の微細構造観察

利用した実施機関 / Support Institute

北海道大学 / Hokkaido 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）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）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

キーワード / Keywords

エレクトロデバイス/ Electronic device,高周波デバイス/ High frequency device,電子顕微鏡/ Electronic microscope,スパッタリング/ Sputtering,ナノ粒子/ Nanoparticles

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)

鱒渕 友治

所属名 / Affiliation

北海道大学大学院総合化学院構造無機化学研究室

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

辻　侑希,梅澤　悠人

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

谷岡隆志,原田真吾,森有子,平井直美,柴山環樹,坂口紀史,大久保賢二,大多亮,横平綾子,岩崎純子,橋本直幸,王永明,澤厚貴,内田悠,松尾保孝,遠堂敬史

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

HK-107：量子・電子制御ナノマテリアル顕微物性測定装置
HK-302：電界放出形走査電子顕微鏡
HK-407：精密イオン研磨装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

近年、電子機器の小型化に伴って誘電体の薄層化が求められている。従来の誘電体粉末を圧縮成形する手法では、更なる薄層化は難しい。そこで金属-セラミックス複合体薄膜に着目した。この複合材料はセラミックスマトリックス中に金属粒子が分散した構造をもっており、セラミックスの高い電気絶縁性と金属微粒子の電子分極による高い誘電率の両立が期待できる。本研究では、スパッタ成膜した非晶質(Ti,Si)(N,O)薄膜を熱処理することで絶縁体Si(N,O)マトリックス中にTiNナノ粒子の析出した複合体を作製し、その微細組織と誘電特性の関係を明らかにした。

実験 / Experimental

高周波スパッタ装置を用いて、Ti/Si複合ターゲットを用いてN₂プラズマ中スパッタすることで、(Ti,Si)(N,O)非晶質薄膜を得た。得られた薄膜をNH₃気流中でアニールすることでTiNナノ粒子を析出させた。薄膜試料はArイオンミリングにより薄片化し、透過型電子顕微鏡JEM-ARM200F NEOARMで観察した。

結果と考察 / Results and Discussion

スパッタ成膜後の薄膜はXRDで非晶質であり、Ti:Si比（y:1-y）においてy=0.05~0.21と変えても誘電特性は殆ど変化しなかった。y=0.21の薄膜を900℃で5時間NH₃気流中熱処理してもXRD測定では非晶質だったが、比誘電率が加熱前の6.6から加熱後の592に増加した。微細組織を透過型電子顕微鏡で観察したところ、約2nmの岩塩型TiNナノ粒子が薄膜中に析出していることを確認できた。金属伝導を示すTiNナノ粒子がSi(N,O)マトリックス中に析出した複合体薄膜が形成したことで、比誘電率が増加したと考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 TEM image of TiN/Si(N,O) nanogranular thin film.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

特になし

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.

1. 辻 侑希、鱒渕友治、樋口幹雄、”(Ti,Si)(N,O)アモルファス薄膜の熱処理による誘電特性変化”令和5年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会（長岡）、令和5年11月2日
2. 辻 侑希、鱒渕友治、樋口幹雄、"(Ti,Si)(N,O)アモルファス薄膜の熱処理によるグラニュラー薄膜の作製と誘電特性”第62回セラミックス基礎科学討論会（東京）令和6年1月7日

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