【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.12】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23OS0034
利用課題名 / Title
ワイドギャップ系薄膜材料の結晶性評価
利用した実施機関 / Support Institute
大阪大学 / Osaka Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
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）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials
キーワード / Keywords
エレクトロデバイス/ Electronic device,センサ/ Sensor,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)
坪内 信輝
所属名 / Affiliation
(独)産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
市川聡,安田哲也
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本課題では、様々なワイドギャップ系の炭素、窒素系薄膜材料（ダイヤモンド、アモルファスカーボン、SiC、GaN等）の広い意味での各種拡張欠陥類（1次元的な線欠陥、2次
元的な面欠陥、3次元的な成長欠陥）の構造を、微視的スケールで詳細な構造を明らかにすることを目的としている。本年度はワイドギャップ系半導体材料のひとつの単結晶ダイヤモンドに関する研究を行った。より具体的には、単結晶ダイヤモンド中に含まれる各種欠陥類の中で、プラズマ気相合成法によるホモエピタキシャル膜の結晶成長時に、基板の単結晶ダイヤモンド中にしばしば含まれる積層欠陥の形態変化の解明に関する研究を行った。より具体的には、この基板中に埋め込まれた積層欠陥がエピ膜成長時に、貫通転位列としてどのような形態として継承されるのかについて、その詳細構造を、当該センター内の収束イオンビーム加工装置で作成された観察試料を用いて200kV透過電子顕微鏡（TEM）により明らかにする研究を行った。
実験 / Experimental
加工・観察のための切り出し試料としては、正方形型の板状の単結晶ダイヤモンド片を用いた。マイクロ波CVD装置を用いて作成した気相合成ダイヤモンドエピタキシャル膜の成長方向に伸びる貫通転位列の数密度や転位構造を調べるために、本プラットフォームにおける透過電子顕微鏡（日立製H-800）の利用を検討した。観察用試料の作成については、同じく本プラットフォームにおけるFIB試料作成装置（日立製FB-2000）を用いた。FIB装置による観察用試料作成については、これ迄に得られた最適作製条件の知見を活用して行った。
結果と考察 / Results and Discussion
マイクロ波CVD法により、高温高圧合成の板状ダイヤモンドの上にダイヤモンド膜をホモエピタキシャル成長させた。この基板中には111面の積層欠陥が所々に混入していることを断面TEM像により確認した。この像からホモエピ成長する過程で、成長層と基板との界面付近で、成長方向に伸びる、110方向にそった貫通転位列に転換することを確認した。観察用試料の作製方法を工夫し、数um角程度の平面TEM用ダイヤモンド極薄試料を、成長膜部分のみを含むように注意する等してFIB法により実現した。作成試料を透過電子顕微鏡により観察することで、その貫通転位列の数密度や配列状態を評価した。その結果、貫通転位列の数密度が1e9cm-2程度であることが分かった。また、様々な回折条件での明視野像観察等により全貫通転位列が幅10umの帯状に広がる刃状タイプの完全転位であることが分かった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は、大阪大学超高圧電子顕微鏡センターにおける「文部科学省マテリアル先端リサーチインフラ事業（大阪大学マテリアル先端リサーチインフラ設備供用拠点）」の支援を受けて実施されました。本研究を実施するに当たり、同センターの市川先生、安田先生をはじめとする関連スタッフの方々に関連試料作製、装置取扱いから観察に至るまでご支援賜りました。ここに深謝致します。
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 坪内信輝他, 第84回応用物理学会秋季学術講演会（熊本）, 2023年09月21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