2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel interfacial solid-phase reaction using excitation process
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21H01764
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
佐藤 和久 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 准教授 (70314424)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 励起プロセス / 内殻電子励起 / 界面固相反応 / 金属シリサイド / 微細パターニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、内殻電子励起に起因した化学結合切断・原子移動とマクロな固相反応との相関に着目して、反応メカニズムを材料科学的な観点で明らかにし、励起プロセスを利用して新しい界面固相反応を開拓することを目的としている。2021年度は、試料薄膜作製と電子照射実験を行った。まず、電子ビーム蒸着法を用いて単結晶NaCl(001)基板上にSiO2を蒸着し、続いて高周波マグネトロンスパッタ法を用いてアモルファスSiO2薄膜上にFeを成膜した。さらに試料薄膜表面を保護する目的でアモルファスカーボンを蒸着した。熱酸化Si(111)基板上にも同様にFe薄膜を成膜し、表面にアモルファスカーボンを蒸着した。NaCl基板に蒸着した試料を用いて、低エネルギー透過電子顕微鏡内で75keV電子照射実験を行った。用いたドースレートは4.8x10^23 e/m2sである。As-depo.試料の電子回折図形には、アモルファスSiO2からのハローリングとbcc-Fe薄膜によるDebye-Scherrerリングが観察された。電子回折強度プロファイルを詳細に解析すると、FeOの111反射に相当する非常に弱いブロードなピークも観察された。これはFe薄膜最表面の酸化に起因する。室温で10min電子照射したところ、電子回折図形が顕著に変化した。解析の結果、三方晶Fe2Siが生成していることが判明した。Fe2Si形成後、FeOの反射は消滅した。60min照射すると、さらにシリサイド形成反応が進行した。90Kにおいても同様の固相反応が生じたが、反応の進行度合いは室温の方が顕著であった。75keV電子照射ではFeとSiの弾き出し損傷は生じないことから、電子励起効果によりアモルファスSiO2が解離し、生成したSiがFeと反応してFe2Siが形成されたと考えられる。
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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
2021年度は、成膜法によるFe/SiO2試料薄膜の作製と電子照射によるFeシリサイドの形成、透過電子顕微鏡観察による固相反応物の微細構造解析について研究を行い、おおむね計画通りの成果を得たため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の研究により、Fe/SiO2の組み合わせで電子励起によりFeシリサイドが形成されることを実証した。2年目以降は、Fe薄膜の膜厚最適化と照射電子のフラックス調整により、形成されるFeシリサイドの化学組成制御を試みる。さらに、断面観察により、SiO2分解、Feシリサイド形成、FeO分解の各過程を局所構造と組成分布の観点から明らかにしていく。
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