2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16H03856
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
沓掛 健太朗 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00463795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 康祐 山梨大学, 総合研究部, 特任助教 (40714134)
太子 敏則 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (90397307)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 発光イメージング / 結晶欠陥 / 半導体結晶 / Si / BaSi2 / SiC / 結晶評価 / 欠陥物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、発光イメージングによる半導体結晶中の欠陥特性の評価について、材料の違いを超えて共通する背景物理を明確にし、定量評価法を確立することを目的とする。カメラを用いた発光イメージングは、高感度、高定量性、均一キャリア励起、定常測定、弱励起可などの特徴を持つ。我々はこれまでに、この方法を用いてSi結晶中の欠陥（転位や粒界）のキャリア再結合速度を定量評価した。本課題では、1.高空間分解への展開(対象BaSi2)、2.ワイドバンドギャップ材料への展開(対象SiC)、3.計算機を用いた解析の拡張、の3研究項目を設定し、このうち平成28年度では1と3を行なった。
1.BaSi2への発光イメージング応用に向けて、BaSi2膜中の結晶欠陥による局在準位を真空蒸着法により形成したn-BaSi2/p-Si構造のDLTS測定によって調べた。その結果、1つの多数キャリアトラップと2つの少数キャリアトラップの存在を明らかにした。また発光イメージング装置の高空間分解への拡張やBaSi2へのパッシべーション膜形成のための装置増強といった、次年度以降の研究に必要な実験環境整備を進めた。
3.取得した発光イメージから欠陥物性をより定量的に求めるためのコンピュータを用いた解析法を検討した。研究構想時に計画していた有限要素キャリア計算に加えて、データ科学的な手法によって効率的にデータを取得する方法や、発光イメージからダイレクトに物性情報を引き出す方法も検討した。平成28年度でのまとまった成果として、データ科学的な手法によってデータ取得を行なう方法を効率的なマッピング方法として特許出願した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上記の研究項目1)については、当初計画通り順調に進展している。平成28年度に導入を予定していた装置類は滞りなく納品され、立上げも問題なく完了している。またDLTS測定によってBaSi2の欠陥準位を得ることができたため、発光イメージにおける欠陥像と合わせてより定量的な考察が可能となった。
研究項目3)については、当初計画以上に進展している。カメラを用いた発光イメージは短時間に大量のデータを取得できる利点を持つ。そこでデータ科学的な手法によって解析することを新たに着想し、いくつかの検討を行なった。この中で、より効率的にデータを取得する方法を検討し、研究協力者の開発した、その場でデータ解析して逐次に条件を決定する方法を結晶評価に応用し、効率的なマッピング方法として特許出願に至ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的達成に向けて、本研究では、1.高空間分解への展開(対象BaSi2)、2.ワイドバンドギャップ材料への展開(対象SiC)、3.計算機を用いた解析の拡張、の3研究項目を設定している。それぞれの研究項目に対して、平成28年度の研究成果を踏まえて、今後の推進方策を述べる。
1.平成28年度に導入したスパッタシステムを用いて、BaSi2のパッシべーション膜を堆積し、その影響を調べる。ある程度のパッシべーション効果が得られた段階で発光イメージを測定し、定量評価が可能な高空間分解・高S/Nなデータを蓄積する。ここで、作製したBaSi2膜の状態によっては、現有のSi半導体カメラの検出範囲よりも長波長の発光となる場合もありうる。その際は、研究協力者の所有するInGaAsカメラを用いてイメージ測定を行なうことで確かなイメージを取得する。
2.ワイドバンドギャップ材料に対応するため、現有の発光イメージングシステムにおいて、短波長用の光学系を設計・導入する。続いてSiCからの発光イメージを測定し、欠陥でのキャリア再結合速度を定量するための検討を行なう。ここで1)、2)のいずれにおいても、Siで得られている結果と比較することで、それぞれの材料の特徴を明確にすると同時に、材料の違いを超えて共通する発光イメージングの物理を明らかにする。
3.平成28年度では、研究構想時に計画していた有限要素キャリア計算に加えて、データ科学的な手法を取入れることで、当初計画を越える成果を得た。今後の研究においても引き続きこれらの方法を用いて、より簡便により正確に定量的な物性情報を得る解析方法を検討する。
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