A study on a new measurement technique of electron diffusion length in semiconductors using an electron emission mechanism with negative electron affinity
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21K04893
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
竹内 大輔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 副研究センター長 (10357402)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 拡散長 / ダイヤモンド / 負性電子親和力 / NEA / ワイドバンドギャップ半導体 / 電子放出機構 / TPYS / 電子放出 / 半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
水素終端表面を持つダイヤモンド半導体は、真空準位が伝導帯底より低い真の負性電子親和力(Negative Electron Affinity: NEA)状態となる。提案者らは、電子係数法による高感度な全光電子放出率分光法(Total Photoelectron Yield Spectroscopy: TPYS)を独自に構築し、NEAを有するダイヤモンド半導体からの光電子放出機構を明らかにしてきた。本手法を用いて、TPYのモデルを基に自由電子の拡散長を定量的に導く方法が考えられる。産総研の高品質ホモエピタキシャルCVDダイヤモンド薄膜に適用しデータを蓄積して、評価法として確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
Siの5倍のバンドギャップを有するダイヤモンド半導体のキャリヤ寿命や移動度に関する評価は容易ではない。そこで本提案では、他の半導体には無いダイヤモンドの持つ負性電子親和力（NEA）表面を通じた結晶内部からの電子放出現象を利用した新たな非破壊拡散長評価法を構築し、同法を用いた大面積ダイヤモンド半導体の結晶品質評価の高度化を目指す。本評価法により、ダイヤモンド半導体の個体間の定量的比較を容易にし、種々の応用に向けた品質の客観的指標を与えることが出来る。
昨年度に(100)Ib型ダイヤモンド基板上にCVD合成し、異なる膜厚の試料のTPYS評価を進め、拡散長等各パラメータを抽出して分析を行うことを目的に、50μmのノンドープCVD厚膜を合成した試料を用い、拡散長見積もりのデータとなるTPYS評価を行った。測定後に、マスク処理を用いて周辺部を残して一定の厚さをICPドライエッチング装置にて削るり、洗浄と共に再び水素化表面を形成して測定を行うことを繰り返した。これを「掘削法」と呼ぶこととする。膜厚の減少に伴うスペクトル変化を追った。結果としては、想定した拡散長より膜厚がまだ厚く、スペクトル変化が観測できなかったため拡散長の見積もりが困難であった。また表面形状の変化も顕著であったため、「掘削法」は課題が多いことが分かった。
そこで、1μmを切る薄膜からスタートし、膜の堆積を繰り返して測定する「積層法」を検討した。その結果、スペクトル変化を捉えることが出来、吸収端と光エネルギー依存性から、励起子および電子の情報の分離が可能であることを確認した。結果として、励起子が1.8±0.1μm、電子が3.5±0.5μmと見積もることが出来た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
提案したダイヤモンド半導体のキャリヤ拡散長を求めるモデルに沿った実験結果として、妥当な値を得ることが出来、科学的な土台となる知見の確認が得られたため。本成果を土台として、今後の評価を展開することが可能となったため。試料作製方法についても、当初の厚膜から削る方法よりも、薄膜から堆積する方法の優位性がある新たな知見を獲得したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
・(111)ノンドープ試料についても合成を進め、同じ内容で実験を進める。
・p型／n型試料についても着手する。
・新たな発見であったn型の結果、および(001)ノンドープ試料の拡散長導出については、発表・論文化を進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
