2018 Fiscal Year Research-status Report
SEM像電位コントラストの原理解明と定量化手法の確立
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18K04246
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
田中 成泰 中部大学, 生命健康科学部, 教授 (70217032)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | シリコン / p-n接合 / SEM / 電位コントラスト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体p-n接合のSEM像で見られるp型とn型の信号強度の違いの成因について、試料としてはシリコンを想定しシミュレーションを用いて検討している。今年度は特に試料表面のポテンシャルに注目した。実際にSEM観察に用いるシリコンは表面にカーボンなどの付着もあり、表面付近でエネルギーバンドが曲がると考えられるが、このバンドの湾曲はp型とn型では逆向きであり、SEM信号強度の違いに対応している。そこでこのバンドの曲がりを考慮した電子散乱のモンテカルロシミュレーションを行い、SEM信号強度が説明できないか調べた。ソフトウエアとしては様々な散乱モデルを利用できるGEANT4を用い、エネルギーバンドの湾曲は表面付近で電界を導入することで取り入れた。入射電子のエネルギーは観察時の加速電圧である3kVとし、また、電界の大きさと範囲は、不純物濃度を考慮して値を決定した。電界の向きはp型、n型に対応する。入射電子の個数は、統計的な信頼性が得られるように十分に大きく設定した。シミュレーションでは、表面から放出される二次電子のエネルギーと方向に注目した。今回、1eV程度に対応する電界を想定してシミュレーションを行ったが、SEMの信号強度の違いが説明できるほどの二次電子放出量の違いは得られなかった。この理由は、散乱電子はエネルギーが低くなるほど、より頻繁に弾性散乱されるようになり、1eV程度に相当する電界の影響はほとんど無いことによると考えられる。一方シミュレーション結果を踏まえ、p型とn型のシリコンを並べてSEM観察した。2枚の試料をひとつの視野の中におさめたSEM像ではp-n接合試料に見られるようなp型とn型の信号強度の違いはなく、p-n接合のコントラストは接合があることによることが分かった。今後は、p-n接合によってできるエネルギーバンドの変化を考慮した解析を行う予定である。
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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
計画では、すべての過程を反映したシミュレーションのスクリプトを作成する予定であったが、プログラムが膨大で煩雑になるため、物理過程個別にスクリプトを作成しSEM像への寄与の程度を見極めることにした。これにより研究を効率的に進めやすくなったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
考えられる物理過程をシミュレーションに組み込み、SEMの観察結果と比較検討し、電位コントラストを引き起こす要因を見つける。また、試料のポテンシャル分布の定量評価の可能性について、シミュレーション結果とあわせて検討し、その具体的方法を考案する。
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| Causes of Carryover |
平成30年度はスクリプトの作成と予備実験を行う予定で物品費を計上していたが、物理過程すべてを含むスクリプトの作成は煩雑で時間がかかることが判明したため、物理過程ごとにスクリプトを組む方向で研究を進めた。その結果、効率よく研究を進めるには、より計算能力の高いコンピュータの必要性が生じたため、研究費を次年度に残し、2019年度の物品費とあわせて新たにワークステーションを購入することにした。
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