2018 Fiscal Year Research-status Report
SNDMを用いた誘電率ナノイメージング手法の開発と材料・デバイス評価への展開
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18K04932
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
平永 良臣 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70436161)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | プローブ顕微鏡 / 走査型非線形誘電率顕微鏡 / 誘電体 / 誘電率イメージング / 半導体 / キャリア分布イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，∂C/∂z-SNDM法の基礎を構築し，ナノスケール空間分解能で線形誘電率の分布の可視化及び絶対値計測が可能となる技術の確立を行うことを目的として，研究を遂行している．2018年度には，以下に示す成果が得られた．
【線形誘電率の定量計測の確立】シミュレーションを用いて誘電率と∂C/∂z-SNDM信号強度の関係を明らかにした．また，シミュレーション結果がテストサンプル（酸化物積層膜）の実験結果と一致することを明らかにした．その結果，シミュレーションで得られる校正曲線ならびに基準試料を用いて，∂C/∂z-SNDM信号強度を誘電率に換算することが可能であることを明らかにした．
【表面形状アーティファクトの補正方法の開発】補正方法の開発に先立ち，表面形状と信号強度との関係を，シミュレーション計算を通じて明らかにした．
【測定条件の最適化と吸着水の除去，ならびに高調波信号検出法による高分解能化】高調波信号検出法により，測定探針側面からの寄与を低減し，高分解能化が可能であることを，酸化物積層膜テストサンプルを用いた実験結果，および，シミュレーションの双方より明らかにした．
【多様な測定対象への展開】本手法を用いて，これまでの研究で多用してきた酸化物積層膜サンプルに加え，チタン酸バリウム系セラミックスなどの誘電率イメージングを実証し，その有用性を明らかにした．誘電率イメージングの範疇を超えて，半導体デバイス中のキャリア分布イメージングにも応用可能であることを明らかにした．本手法によって，従来のキャリア分布イメージング法（∂C/∂V-SNDM）でしばしば問題となっていたコントラストリバーサルを回避することが可能となり，正しいキャリア分布を得ることが可能となった．
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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
【線形誘電率の定量計測の確立】シミュレーションで得られる校正曲線ならびに基準試料を用いて，∂C/∂z-SNDM信号強度を誘電率に換算することが可能であることを明らかにしており，当初の目標はおおむね達成したと言える．
【表面形状アーティファクトの補正方法の開発】表面に凹凸があるときの信号強度のシミュレーション計算に着手しており，初年度の進捗としては上々と言える．
【測定条件の最適化と吸着水の除去，ならびに高調波信号検出法による高分解能化】高調波信号検出法による高分解能化は実証できたので，一定の成果は得られたと言える．一方，吸着水の除去の効果については未実施だったので，今年度以降検証する予定．
【多様な測定対象への展開】コンデンサ応用など工学的に重要なチタン酸バリウム系セラミックスへの適用可能性を実証できたことから，本手法の多様な測定対象への展開の可能性の一端を示すことができた．また，誘電体のみならず半導体デバイスへの適用可能であることも実証できた．
本研究課題は3年間で実施する計画であったが，初年度を終えた現時点で既に50%以上の成果が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
【線形誘電率の定量計測の確立】はおおむね目標を達成しており，次の当面の最重要課題は【表面形状アーティファクトの補正方法の開発】である．この目標に向けて，今後シミュレーション条件と同じ表面形状を有するテストサンプルを作製し，信号強度についてシミュレーション計算と実測結果が一致するかを検証する．また，これを通じて，表面形状アーティファクト由来の信号強度変化と誘電率分布由来の信号強度変化の切り分けの可能性について模索する．
もう一つの重要課題は【さらなる高分解能化】である．未検証項目である吸着水除去の効果や極細導電性探針の導入について検討する．
【多様な測定対象への展開】についても，引き続き積極的にさらなる適用範囲の拡充を探求してゆきたい．
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| Causes of Carryover |
本年度購入予定であった計算サーバーおよび電界研鑽ソフトウェアを保留としたため次年度使用額が生じた．当該製品は次年度に購入を持ち越す予定である．
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Research Products
(8 results)
