2009 Fiscal Year Annual Research Report
シリコン・チタン窒化物及び酸化物の不定比物性と機能化に関する研究
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20560623
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
粕壁 善隆 Tohoku University, 国際交流センター, 教授 (30194749)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
須藤 彰三 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (40171277)
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| Keywords | 不定比化合物 / 窒化物 / 機能性材料 / イオン注入 / その場観察 / 透過電子顕微鏡 / 電子エネルギー損失分光 / 分子軌道計算 |
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| Research Abstract |
H20年度の研究成果を基にして、レーザービームを照射しながらシリコンおよびチタン薄膜表面を窒素ガス・アンモニアガスにより熱窒化する方法での窒化物薄膜の形成プロセスと比較検討するため、超高真空装置中で作製された膜厚100nmのTi薄膜に窒素イオン(62keVのN_2^+)を注入して、窒化チタン薄膜の形成過程をTEMやEELS法等でその場観察し、以下の知見を得た。Tiを蒸着した薄膜にはhcp-Tiの他にTiH_xがhcp-Tiの局所的な原子配列と密接な関係を持って成長していた。TiH_x結晶の成長機構は次のように考えられる。チタン蒸着薄膜の成長およびその後の冷却の間に、蒸着直後の"高温の"β-Ti薄膜が水素を吸蔵し水素の固溶体になり、蒸着中およびその後の室温でのアニーリングによってその水素を固溶したβ-Ti薄膜が水素化物TiH_x薄膜に変態する。TiH_xの窒化ではfcc-Ti副格子の四面体位置の水素が脱離し、fcc-Ti副格子の八面体位置に侵入した窒素がTiと結合してTiN_yが成長する。hcp-Tiの窒化では、hcp-Tiの中で広い空隙と相対的に低い電子密度をもつ八面体位置の、注入イオンによる占有を端緒としたTi副格子のhcp-fccエピタキシャル変態が、hcp-Ti格子の局所的な原子配列を引き継ぎながら、注入原子とチタン原子の強固な共有結合の形成と注入原子の存在によるチタン原子間の結合の弱まりによって誘起された、(00・1)面内の<01・0>方向へのせん断変形によって引き起こされる。このエピタキシャル変態過程で、その端緒を開いた窒素原子は変態の前後で維持される、チタン副格子の隣接する八面体サイトに移動・拡散し、これらの正八面体の原子配列が維持されることがエピタキシーをもたらすことを見出した。これらの結果は不定比化合物チタン窒化物(TiN)を次世代のデバイス作製に応用する指針となると期待される。
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Research Products
(2 results)
