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Dynamics measurement of interfacial reaction at Au thin film/Si substrates by using ambient controlled x-ray photoemission spectroscopy

Research Project

Project/Area Number 19K05269
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Toyoda Satoshi  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (20529656)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsシリコン半導体 / 金薄膜 / 表面・界面反応 / 光電子分光 / 深さ方向解析 / 最大エントロピー法 / 正則化法 / オペランド計測 / Au薄膜/Si基板界面 / 反応動態計測技術 / 雰囲気制御X線光電子分光 / 深さ方向分布時系列解析 / データサイエンス応用
Outline of Research at the Start

本研究では、長年議論されてきた「Au薄膜/Si基板における界面急峻性とSiO2表面析出の関係性」を明らかにするため、雰囲気制御X線光電子分光の計測・解析技術を開発し、様々なガス雰囲気と温度条件下におけるSi原子価の変化やAu金属性由来のフェルミ端シフト、それらの制御パラメータおよび界面処理プロセスとの相関を詳細に調べる。この系に特有の低温酸化反応のメカニズムを理解し、薄膜物性の応用につなげていく。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have developed basic technology to analyze the phase interface reaction mechanism of gas -solid-liquid phases by measuring the dynamics of the interface reaction in Au thin film/Si substrate using atmosphere controlled X-ray photoelectron spectroscopy as a model system. It is found that the importance of the gradual shift of the Fermi edge in the precursor state in the phase transition from the Au thin film solid to the molten state associated with Au-Si eutectic. In addition, we have built up software technology for the analysis of the spatiotemporal measurement Big-data in near future.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発を行なった気相-固相-液相の相界面反応メカニズムを解析するための基盤技術は、反応ダイナミクスを伴う未解明な相転移機構の理解や材料機能制御のために応用でき、理学および工学の分野での新たな知見を与える手法になることが期待できる。さらに、時空間計測ビッグデータ解析ソフトウェア技術はラボの分析装置等と組み合わせることで、近年戦略物質として注目を集める半導体デバイスの高度化のための材料プロセス開発等に資すると考えられる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] 時空間分割角度分解APXPS法による多層積層薄膜界面の深さ方向解析2022

    • Author(s)
      豊田 智史、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、 吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
    • Journal Title

      日本放射光学会誌「放射光」

      Volume: 35

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of <i>Spatiotemporal</i> Measurement and Analysis Techniques in X-ray Photoelectron Spectroscopy ∼From NAP-HARPES to 4D-XPS∼2021

    • Author(s)
      TOYODA Satoshi、YAMAMOTO Tomoki、YOSHIMURA Masashi、SUMIDA Hirosuke、MINEOI Susumu、MACHIDA Masatake、YOSHIGOE Akitaka、SUZUKI Satoru、YOKOYAMA Kazushi、OHASHI Yuji、KUROSAWA Shunsuke、KAMADA Kei、SATO Hiroki、YAMAJI Akihiro、YOSHINO Masao、HANADA Takashi、YOKOTA Yuui、YOSHIKAWA Akira
    • Journal Title

      Vacuum and Surface Science

      Volume: 64 Issue: 2 Pages: 86-91

    • DOI

      10.1380/vss.64.86

    • NAID

      130007985448

    • ISSN
      2433-5835, 2433-5843
    • Year and Date
      2021-02-10
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    • Author(s)
      豊田 智史
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    • Author(s)
      豊田 智史、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、吉川 彰 、鈴木 哲、横山 和司
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      豊田 智史、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
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    • Author(s)
      豊田 智史、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
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      豊田 智史、山本 知樹、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、鈴木 哲、横山 和司、大橋 雄二、黒澤 俊介、鎌田 圭、佐藤 浩樹、山路 晃広、吉野 将生、花田 貴、横田 有為、吉川 彰
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      豊田 智史、山本 知樹、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、 吉越 章隆、吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
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      豊田 智史、山本 知樹、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、鈴木 哲、横山 和司、大橋 雄二、黒澤 俊介、鎌田 圭、佐藤 浩樹、山路 晃広、吉野 将生、花田 貴、横田 有為、吉川 彰
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      豊田 智史、山本 知樹、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
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      豊田 智史、山本 知樹、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
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      豊田 智史、山本 知樹、西 静佳、下出 直幸、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、 町田 雅武、鈴木 哲、横山 和司、吉川 彰、富永 亜希、吉越 章隆
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  • [Presentation] NAP-HARPESによるゲート積層薄膜界面深さ方向プロファイルの動態計測法の開発2019

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      豊田 智史、山本 知樹、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、 吉越 章隆、吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
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      電子デバイス界面テクノロジー研究会(第25回)ー材料・プロセス・デバイス特性の物理ー
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  • [Presentation] NAP-HARPESとMEMの有機的な融合による多層積層膜に埋もれた界面の深さ方向分布動態計測2019

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      豊田 智史、山本 知樹、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、 吉越 章隆、吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
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      第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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    • Author(s)
      Satoshi Toyoda, Tomoki Yamamoto, Masashi Yoshimura, Hirosuke Sumida, Susumu Mineoi, Masatake Machida, Akitaka Yoshigoe, Akira Yoshikawa, Satoru Suzuki, Kazushi Yokoyama
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      2019 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES: SCIENCE AND TECHNOLOGY
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  • [Presentation] Time series analysis of depth profiles in multi-layered stack-film interfaces studied by near-ambient-pressure hard x-ray angle-resolved photoemission spectroscopy2019

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      Satoshi Toyoda, Tomoki Yamamoto, Masashi Yoshimura, Hirosuke Sumida, Susumu Mineoi, Masatake Machida, Akitaka Yoshigoe, Akira Yoshikawa, Satoru Suzuki, Kazushi Yokoyama
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  • [Presentation] X線光電子分光における時空間計測・解析手法の開発 II2019

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      豊田 智史、山本 知樹、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
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  • [Presentation] NAP-HARPESによる多層積層膜界面の深さ方向反応場計測の実現可能性2019

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      豊田 智史、山本 知樹、吉村 真史、住田 弘祐、三根生 晋、町田 雅武、吉越 章隆、吉川 彰、鈴木 哲、横山 和司
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      豊田 智史,山本 知樹,吉村 真史,住田 弘祐,三根生 晋,町田 雅武,吉越 章隆,吉川 彰,鈴木 哲,横山 和司
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      先進パワー半導体分科会 第14回研究会
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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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