2020 Fiscal Year Research-status Report
ダイヤモンド表面へのフェムト秒レーザー照射改質導入によるイオン注入容易化
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19K05033
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
岡田 達也 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (20281165)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザー / ダイヤモンド単結晶 / 透過電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンド単結晶表面にフェムト秒レーザーを照射し，表面に改質部を導入する。ダイヤモンド単結晶表面に適切な照射条件で導入された改質部は，アモルファス化が起こっておらず，原子空孔や格子間原子などの点欠陥を高密度で含む領域になっていることが期待される。改質したダイヤモンド表面に対してイオン注入を行うと，イオンが受け入れられ易い改質部に優先的にイオンが導入されると考えられる。このため，従来よりは弱い条件でイオンが導入ができるようになり，ダイヤモンド半導体実用化に関する技術的課題の１つである，局所的なイオン導入の困難さを克服する手掛かりが得られると考えている。
2020年度においては，レーザーフルエンスと照射ライン間隔を系統的に変化させて，ダイヤモンド単結晶表面にフェムト秒レーザー照射を行った。照射ライン断面から透過電子顕微鏡（TEM）観察用試料を作製し，改質部の様相を観察し，制限視野回折図形（SADP）の解析により，改質部の結晶性を評価した。その結果，レーザーフルエンスが0.55J/cm2を超えるとダイヤモンド表面に改質が導入されることが分かった。また，照射ライン間隔については，2umを下回ると隣接する照射ラインの改質部が干渉し，望ましくないアモルファス化が起こることが判明した。以上の結果については，2021年6月に開催されるオンライン国際会議（The 22nd International Symposium on Laser Precision Microfabrication）において発表する。
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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
レーザー装置に改修を施したことで，改修前に比べて照射が安定して行えるようになり，レーザーフルエンスを同一に揃えれば，ダイヤモンド単結晶に対してほぼ同じ改質が繰り返し導入できるようになったことを確認した。現在，イオン注入用の試料を作製済みであり，これらの試料のレーザー改質部のTEM観察が完了次第，イオン注入を行う予定である。
以上の状況から，おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最も適切と判断されたフェムト秒レーザー照射条件（レーザーフルエンス0.55J/cm2，照射ライン間隔2um）で照射を完了したダイヤモンド単結晶（2個）について，断面TEM試料を作製し，レーザー改質部の結晶性を確認した後，イオン注入を行う。イオン注入後の試料から断面TEM試料を再び作製し，改質部の結晶性評価を行う。また，ナノSIMSにより注入イオンの分布状況や濃度測定を進める。ナノSIMSについては既に2019年度に予備実験を済ませており，本研究の試料に適用可能であることを確認済みである。
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| Causes of Carryover |
2020年度は新型コロナウイルス感染症流行のため，旅費執行額がゼロとなった。2021年度についても，少なくとも上半期の旅費はゼロまたは非常に少額になると考えられる。余剰分はイオン注入の委託費に回し，複数のイオン注入条件での実験を進めていく。
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