利用報告書 / User's Reports


【公開日:2024.07.25】【最終更新日:2024.08.05】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23BA0015

利用課題名 / Title

TEM/AFMを用いた超高速計測技術の研究

利用した実施機関 / Support Institute

筑波大学 / Tsukuba 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)加工・デバイスプロセス/Nanofabrication(副 / Sub)計測・分析/Advanced Characterization

【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

蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,電子顕微鏡/ Electronic microscope,集束イオンビーム/ Focused ion beam,光学顕微鏡/ Optical microscope,高周波デバイス/ High frequency device,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,エレクトロデバイス/ Electronic device


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)

藤田 淳一

所属名 / Affiliation

筑波大学数理物質系

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

赤田 圭史,鄭 サムエル,LI ZHIKAI,岸部 義也,東谷 圭祐,川﨑 康平,村上 勇斗,岡本 ニコライ 岳,新垣 良秋

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),技術補助/Technical Assistance


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

BA-002:スパッタリング装置
BA-003:FIB-SEM
BA-005:電子線描画装置
BA-009:パターン投影リソグラフィシステム
BA-011:微細パターン形成装置群(スピンコーター、マスクアライナー)


報告書データ / Report

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

半導体デバイスの性能向上が進む中、高速なキャリアの移動を時間分解イメージングする手法が求められている。我々はポンププローブ法を用いて電子顕微鏡を用いた超高速時間分解可視化技術開発研究に取り組んでいる。ARIM装置群は主に、評価用デバイスの作製に用いた。

実験 / Experimental

GaAs基板上にパターン投影リソグラフィシステムを用いて櫛形電極を作製し電子顕微鏡試料室に導入した。櫛形電極に外部からバイアスを加え、そこに光(ポンプパルスレーザー)を照射することでGaAs上のキャリアが励起され電極(アノードとカソード)間を導通させる。プローブパルス電子線としては電子銃にパルスレーザーを照射し光電効果によって放出されるパルス電子線を用いた。ポンプパルスとプローブパルスのタイミングを同期し遅延時間を変えながらイメージングを行うことで任意の遅延時間における電子顕微鏡像の撮影を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

櫛形電極の観察は時間原点から−75~625 psの範囲で行った。図1に示すように負の遅延時間ではアノードに対してカソードが明るく、時間原点近傍では、アノードとカソードの明度差がなくなる様子を撮影することに成功した。撮影したSEM像の時間変化を解析することで開発した電子顕微鏡の時間分解能はおよそ50 ps程度であることがわかった。なお、電子パルスの空間電荷効果により空間分解能および時間分解能は制約を受けているため今後改良していきたい。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


図1 ポンプパルスレーザー照射前後の櫛型電極の電子顕微鏡像


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

筑波大学マテリアル先端リサーチインフラの谷川俊太郎様、俵妙様のご協力に感謝します。 


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)
  1. Yusuke Arashida, Visualizing the Transient Response of Local Potentials on Photoconductive Antennas Using Scanning Ultrafast Electron Microscopy, ACS Photonics, 11, 2171-2175(2024).
    DOI: 10.1021/acsphotonics.3c01532
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. (Oral presentation) Kohei Kawasaki, Samuel Jeong, Yuga Emoto, Yuki Yamamoto, Yoshiya Kishibe, Yusuke Arashida, Keishi Akada, Shoji Yoshida, Jun-ichi Fujita, "Visualizing the transient response of the local potential on photoconductive antennas using time-resolved SEM", EIPBN2023, San Fransisco, US, June 1st, 2023.
  2. (Oral presentation) Samuel Jeong, Gang Yang, Yusuke Arashida, Keisuke Akada, Yoshikazu Ito, Jun-ichi Fujita, "The plasmonic nano-grating device for photocatalytic water splitting reaction", EIPBN2023, San Fransisco, US, June 1st, 2023.
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

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