2020 Fiscal Year Research-status Report
Understanding and control of silicon surface oxidation by supersonic molecular beams and synchrotron radiation real-time photoelectron spectroscopy
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20K05338
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
吉越 章隆 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (00283490)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨永 亜希 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究職 (50590551)
津田 泰孝 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 博士研究員 (50869394)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Si表面 / 酸化 / 酸素および酸化剤 / 吸着反応 / その場観察 / 放射光 / 光電子分光 / 表面反応ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
IoTやAIデバイスを活用したSociety5.0社会では、情報通信機器デバイスの小型、高性能、省電力化は必須である。高機能デバイスを支える基本素子である電界効果型トランジスターにはシリコン酸化絶縁膜が利用されており、その膜厚は原子数層レベルとなっている。絶え間ない高品質化の要求に応えるには、原子レベルで酸化反応を理解および制御することが不可欠である。本研究では、放射光表面分析と超音速酸素分子線を使ってシリコン表面酸化の理解と制御を目指す。具体的には、表面に衝突する酸素分子の並進エネルギーや酸化剤による酸化物の違いをSPring-8の軟X線光電子分光や軟X線吸収分光によって捉える。並進エネルギーによって反応パスを変えることで、効率的な酸化膜形成の実現あるいは熱反応では不可能な理想酸化価数状態の実現のための条件を探索する。
令和2年度においては、先ず、軟X線吸収分光の開発に着手した。X線エネルギーに依存した試料電流を調べる全電子収量法では、現状の試料マニピレーターではノイズ問題がある。そこで、電子エネルギーアナライザーを使った部分電子収量法を採用することで問題を解決した。信号読み出しシステムの構築に必要な評価データを得ることができた。次に、酸素分子線によるSi(100)2×1表面の清浄化と高精度測定を実現するために試料水冷機構を導入した。その結果、振動を無視できるレベルまで抑え込むことに成功し、その表面に対して数点の並進エネルギー条件の実験を進めた。軟X線光電子ホログラフィ―によるSi(111)7×7表面上の酸素吸着構造の観察を行った。目標とした測定を終了し、モデリング解析を開始した。さらに、数百本におよぶ光電子スペクトルの精密解析に必要なプログラム開発に着手するとともに、さまざまな材料の酸化関連実験を進めた。シリコン酸化反応との差異を通じて理解を深め関連論文の発表を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和2年度においては、新型コロナウイルス感染症の感染拡大により、出勤、施設利用、出張などに大幅な影響を受けた。当初予定した、実験準備や調整を思うように進めることができなかった。また、施設運転停止などによるスケジュールの大幅変更により、機器運用や放射光を利用した実験を計画通りに進めることができなかった。
しかしながら、コロナ禍においても装置の調整および特性評価、試料準備方法の確立、測定条件の探索、新しい実験方法への取り組みといった研究全体を進めるうえで必要な関連する準備を可能な限り進めた。さらに、膨大なデータ処理を見据えて、スペクトル解析プログラムの開発やウィズコロナ・アフターコロナ時代を見据えた測定のリモート化・自動化に必要な技術情報の収集を進めた。さらに、シリコン酸化反応の理解と特徴を明らかにするために、シリコン以外の機能性材料の酸化関連実験、データ解析および成果発表などを進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナウイルス感染症の感染拡大が終息しない現状において、今後も出勤や出張制限、施設運転のスケジュール変更などがある可能性は十分予想される。このような困難な状況を想定して、研究に必要な準備を可能な限り着実に進めるとともに、視点を変えた実験アプローチや観測条件を柔軟に設定することが、今後、効率的に研究を進めていく方法の一つと考えている。また、感染拡大防止の観点から成果発表のスタイルも対面からリモート形式などへの移行も予想される。当初想定していた国内外の会議の進め方はいろいろ模索されている状況ではあるが、会議のスタイルに囚われずに成果発信を積極的に進めていきたい。
また、DX時代を見据えて、データ収集、解析、処理に関連するプログラムをはじめとした周辺技術や測定のリモート化や自動化に必要な技術情報の収集と開発を進め、ウィズコロナ・アフターコロナの時代を念頭に今後の研究を効率的に進めたい。また、シリコン以外の機能性材料の酸化関連研究を積極的に進め、それらを通じてシリコン酸化との差異から固体表面酸化反応の理解を深め、学理構築を目指したい。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響を受けて発出された、緊急事態宣言に伴う移動制限や会議開催中止により、当初計画において、令和2年度に予定していた口頭発表等が実施できなかったことから会議に係る旅費や参加費などを執行できなかったため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、令和3年度分経費と合わせて、会議参加や研究成果発表に係る費用や実験に係る物品購入費用等として使用する。
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Research Products
(18 results)
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[Journal Article] Development of spatiotemporal measurement and analysis techniques in X-ray photoelectron spectroscopy -From NAP-HARPES to 4D-XPS-2021
Author(s)
S. Toyoda, T. Yamamoto, M. Yoshimura, H. Sumida, S. Mineoi, M. Machida, A. Yoshigoe, S. Suzuki, K. Yokoyama, Y. Ohashi, S. Kurosawa, K. Kamada, H. Sato, A. Yamaji, M. Yoshino, T. Hanada, Y. Yokota, A. Yoshikawa
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Journal Title
Vacuum and Surface Science
Volume: 64
Pages: 86～91
DOI
Peer Reviewed
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