2020 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, 准教授 (70436161)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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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，およ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．本手法が半導体サンプルのキャリア分布観察に対しても有効であることが明らかになったことを受け，2020年度はその信号強度シミュレーションを実施した．シミュレーションにおいても∂C/∂z-SNDM法によって半導体サンプル測定における信号強度が，そのキャリア濃度に依存して変化することを明らかにした．また，高い測定感度が得られる濃度範囲や酸化膜の膜厚の影響度を明らかにした．加えて高調波信号検出法に関して，その有用性を理論計算・実験の双方において明らかにした．具体的には，高調波信号を用いることにより，探針側面の影響が抑制され，分解能の向上に一定の効果があることを見出した．さらに，∂C/∂z信号のバイアス依存性に関してもシミュレーションにおいて明らかにした．バイアスを掃引することで∂C/∂z信号は通常のC-Vカーブと類似した変化挙動を示すことが分かった．C-Vカーブを詳細に解析することによって酸化物／半導体界面における界面欠陥密度や注入電荷に関する評価を行うことができることが知られているが，∂C/∂z信号のバイアス依存性を通じたC-Vカーブの測定によって，これらの評価をナノスケールで行うことが可能となる．さらに，バイアスを適切に調整することによって，通常の測定では分析しにくい低濃度領域の評価が可能となることもシミュレーション結果は予測している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
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】実験結果と信号強度のシミュレーション結果を比較することで，得られた信号強度が真の誘電率分布によるものなのか，アーティファクトによるところが大きいのかを，ある程度判定できるようになりつつある．
【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．吸着水の除去の効果については未だ実施できておらず，延長期間中に実施したい．
【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．
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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．これまでの進捗では，実験結果によって信号強度変化が真の誘電率変化によるものなのか，表面形状変化によるものなのかをある程度判定できるようになってきた．延長期間中には表面形状の寄与を定量的に補正できるところまで推し進めたい．
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計算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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