Ｘ線散乱法による物質表面および埋もれた界面の階層構造の可視化

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03479
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: 田尻 寛男 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (70360831)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 豊川 秀訓 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 情報処理推進室, 主幹研究員 (60344397)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 放射光 / 表面・界面 / X線散乱 / 階層構造

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、高輝度放射光による回折・散乱手法をつかって、結晶表面および埋もれた界面のナノ・ミクロンスケール構造、すなわちメゾスコピックレベル構造から原子レベル構造までの表面階層構造を可視化する手法開発を目的としている。一方で、表面X線回折・散乱は、X線と物質との相互作用が弱いがゆえに、高輝度放射光光源の出現によって初めて実験が実施可能となった研究分野であり、1980年代頃から発展してきた比較的歴史の浅い研究分野である。しかしながら、この「相互作用が弱い」ことのおかげで、他の手法と比べ１桁以上高い解析精度を誇る。そこで、本研究目的に繋がる、ここ数十年にわたる表面X線回折・散乱の歴史を俯瞰しつつ、計測手法や実験装置の発展および表面・界面原子のイメージング手法について総括を行った。この総括結果を踏まえ、装置の冷却効率を向上させることで、試料基板からの熱散漫散乱を低減した高い信号対雑音比の表面X線回折・散乱実験を可能とした。窒化シリコン薄膜上に作製した数十から数百ナノメーターサイズの微細構造を有するタンタル試料からの放射光コヒーレント散乱実験を実施し、我々が開発した解析コードをもちい同実験で得られた散乱像から実空間像を高い空間分解能で再生することにも成功した。さらに、我々が開発したデータ収集系と最新の二次元検出器を組み合わせ、実際の放射光コヒーレント散乱実験に実用することができた。これら成果により、結晶表面の原子レベル構造およびメゾスコピック構造を高精度に可視化できる手法開発に成功した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。