【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NU0055
利用課題名 / Title
高純度同位体シリコンエピ基板の構造評価
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya 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）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
次世代半導体材料、ヘテロ構造、同位体シリコン、太陽電池、量子情報処理,太陽電池/ Solar cell,電子顕微鏡/ Electronic microscope
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)
宇佐美 徳隆
所属名 / Affiliation
名古屋大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
米山 優希,宮本 聡,佐藤 剛志,伊藤 耕平,宇佐美 徳隆
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
樋口 公孝,山本 悠太
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,共同研究/Joint Research
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NU-102：高分解能電子状態計測走査透過型電子顕微鏡システム
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
次世代シリコン・ゲルマニウム半導体材料を用いて、超高効率な多接合型太陽電池、最先端半導体デバイス、大規模量子コンピュータを実装するためには、水素、アルミニウム、スズを含むユビキタス材料による母体基板材料の多元素化、また同位体制御による高性能・高機能化が重要である。原子レベルでの表面・界面平坦性を確保し、更にはエピ膜内部の歪み制御および結晶欠陥・転位制御による高品質化が必要となる。本課題では、我々が独自に開発した同位体制御Si-28エピ基板を、透過型電子顕微鏡(TEM)で詳細に構造観察し、所望とする構造が作製出来ているか精密に評価することを目的とする。本年度は、前年度に引き続き、シリコン同位体Si-28薄膜の下地層として利用可能なSiGe仮想基板に対して水素プラズマ処理を施し、エッチング効果と歪み緩和効果による構造変化について調査を行った。
実験 / Experimental
【利用した主な装置】 分析電子顕微鏡(JEM-2100plus、JEM-ARM 200F Cold)、集束イオンビーム加工装置(FB-2100)、試料作製装置群 【実験方法】 シリコン同位体Si-28薄膜の下地層として、膜厚300 nm を有するSi1-xGex/Siヘテロ構造(xGe<30%)に対して、HPTで水素導入を行い、断面薄片化したのち、高分解能TEMで局所構造観察を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig. 1は、250 oC、400 W、2時間のHPTを行った後のSi1-xGex/Si構造の断面TEM像である。as-grown構造との比較から、HPTによりSiGe膜厚が140 nm程度までエッチングされていることがわかった。この結果は、顕微ラマン測定によるSiGe関連ピーク強度の減少量とも対応しており、同時にSi-Hなど水素結合の生成を示すピークも観測された。また、Si-buffer/Si基板の成長界面にある不純物を介した水素欠陥の形成については明瞭には観測されず、SiGe層領域を含むエッチング最表面に選択的かつ効率的に水素導入されることで、{111}及び{001}結晶面に平行な面欠陥の形成を示す。Ge-rich領域がマスクとして作用する傾向もありエッチング効果の不均一性が見られるが、今後、SiGe下地構造の最適化によって改善が期待できる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1: (a) Cross-sectional TEM image of hydrogen plasma treated SiGe/Si buffer layers grown on Si substrate. Ge-rich regions act as an etching mask, and hydrogen defects are selectively generated in (001) and (111) crystal planes.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・本課題は、JSPS科研費(JP20H00303, JP21H01808)の助成を受けました。また、山本悠太 技術職員(名古屋大学)、樋口公孝 技術職員(名古屋大学)に支援を頂きました。
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. Sato, S. Miyamoto, L. Xuan, S. Suzuki, M. Dhamrin, N. Usami, International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE20), July 30-August 4, 2023, Naples, Italy.
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