2016 Fiscal Year Annual Research Report
バイポーラデバイス動作環境における炭化シリコン中の転位のすべり運動と電子状態
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15H03535
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大野 裕 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80243129)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 炭化シリコン / 電子励起 / 転位すべり |
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| Outline of Annual Research Achievements |
4H-SiC結晶中の30度－Si部分転位の電子励起すべり効果を微視的に理解するため、１）透過電子顕微鏡内でサブギャップ光照射により共鳴的に電子励起環境を形成して転位すべり運動を誘起し、２）種々の励起条件における転位すべりをその場顕微鏡観察・解析し、電子励起状態でのキンクの形成・運動エネルギー、局在電子準位と励起効率を評価することが目的である。透過電子顕微鏡に設置されたその場光学・電気測定装置により、アルゴンイオンレーザー（2.7～2.4eV）およびチタンサファイア波長可変レーザー（約3.5eV以下）からのバンドギャップエネルギー（約3.3eV）以下のサブギャップ光を照射しながら4H-SiC結晶中の30度－Si部分転位を顕微鏡観察した。前年度に設置された高感度の透過電子顕微鏡用CCDカメラおよび解析用コンピュータシステムを用いて、電子線による電子励起効果を分離するために広げた（収束していない）強度の弱い電子線で観察した。試料内部への点欠陥導入を防ぐために、観察は120keV以下の電子線を用いた。光照射での電子励起転位すべり効果が確認されている高品質4H-SiC結晶（8度－off(0001)基板17ミクロン、無添加）に室温におけるナノインデント法で意図的にフレッシュな（点欠陥の汚染がない）転位を導入し、透過電子顕微鏡観察可能な約500nm膜厚以下まで薄膜化した結果、2.7eVのレーザー光照射による電子励起転位すべり運動が確認された。しかし前年度に引き続き、運動の頻度や速度に再現性が得られず、定量評価に至っていない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
成果で記したように、透過電子顕微鏡その場観察下において2.7eVのレーザー光照射による電子励起転位すべり運動が確認されたが、その運動の頻度や速度に再現性がない。その結果、当初の目標であった種々の励起条件における転位すべりのその場観察の定量解析ができず、電子励起状態でのキンクの形成・運動エネルギー、局在電子準位と励起効率の評価が実現できていない。イオン研磨や収束イオンビーム法で作成した試料は点欠陥の影響によりすべり効果の定量評価ができないため科学機械研磨法のみで点欠陥フリーな薄膜TEM試料の作成を進めているが、前処理の機械研磨により形成されるスクラッチ・ピットなどの表面欠陥の除去がまだ不十分なようで、それらが薄膜中の転位の運動に影響していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオン研磨や収束イオンビーム法で作成した試料は点欠陥の影響によりすべり効果の定量評価ができないため科学機械研磨法のみで点欠陥フリーな薄膜TEM試料の作成を進めているが、化学機械研磨法の前処理で用いる機械研磨によるスクラッチ・ピットなどの表面欠陥が化学機械研磨後も残留し、それらと薄膜中の転位が相互作用するため本質的な転位運動が変調されている、と考えられる。試料作成にかなりの時間がかかるが、さらに前処理を減らして長時間の化学機械研磨により愚直に表面欠陥を除去するしか方法は無いと考えている。得られた表面欠陥フリーな顕微鏡試料を用いて電子励起状態でのキンクの形成・運動エネルギー、局在電子準位と励起効率を定量評価する。それらの結果を踏まえて、任意濃度の不純物や空格子点など点欠陥と相互作用させた部分転位の励起効果を評価する。
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[Journal Article] Impact of local atomic stress on oxygen segregation at tilt boundaries in silicon2017
Author(s)
Y. Ohno, K. Inoue, K. Fujiwara, K. Kutsukake, M. Deura, I. Yonenaga, N. Ebisawa, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai, H. Yoshida, S. Takeda, S. Tanaka, M. Kohyama
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 110
Pages: 062105/1-5
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Recombination activity of nickel, copper and oxygen atoms segregating at grain boundaries in mono-like silicon crystals2016
Author(s)
Y. Ohno, K. Kutsukake, M. Deura, I. Yonenaga, Y. Shimizu, N. Ebisawa, K. Inoue, Y. Nagai, H. Yoshida, S. Takeda
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 109
Pages: 142105/1-4
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Segregation ability of oxygen and carbon atoms at large-angle grain boundaries in Si2016
Author(s)
Y. Ohno, K. Inoue, K. Fujiwara, K. Kutsukake, M. Deura, I. Yonenaga, Y. Shimizu, K. Inoue, N. Ebisawa, Y. Nagai, H. Yoshida, S. Takeda, S. Tanaka, M. Kohyama
Organizer
9th International Workshop on Crystalline Silicon for Solar Cells (CSSC-9) & 3rd Silicon Materials Joint Workshop
Place of Presentation
Tempe, AZ, USA
Year and Date
2016-10-10 – 2016-10-12
Int'l Joint Research
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[Presentation] Nanoscopic segregation ability of large-angle tilt boundaries in Si2016
Author(s)
Y. Ohno, K. Inoue, K. Kutsukake, M. Deura, I. Yonenaga, N. Ebisawa, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai, H. Yoshida, S. Takeda, S. Tanaka, M. Kohyama
Organizer
Extended Defects in Semiconductors 2016
Place of Presentation
Les Issambres, France
Year and Date
2016-09-25 – 2016-09-29
Int'l Joint Research
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