薄膜試料のその場熱容量測定法の開発のための３ω法の適用

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04829
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 川路 均 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (10214644)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 薄膜熱容量測定 / 3ω法 / 薄膜熱伝導率

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，薄膜デバイスの進歩にともなって求められている誘電体薄膜をはじめとした種々の薄膜の熱物性測定において，現時点で困難な熱容量測定を可能とするものである．これまで熱容量分光法で使用している3ω法を応用し，薄膜熱容量測定を行う技法および測定装置を開発することを目指している．このためには，測定技法の確立と最適な測定センサーの開発の2点が不可欠であり，これを同時進行で行なう必要がある．測定技法の確立については3ω法による熱容量分光法を応用し，最適な測定センサーの開発についても同時に開発研究を行うことにしている．
令和3年度の当初計画１．「測定センサーの開発」については，
クライオスタットや計測機器および各種装置系は熱容量分光法で使用している現有のものを流用することができることから測定回路系の構築・整備を行った．最も重要な測定センサー部の開発については，一般の試料での測定を可能とするために，試料に直接金属薄膜を堆積させて，ヒーター兼温度センサーとしなければならないことから，スパッタリング装置を購入し，現在，薄膜熱容量測定に最適なセンサーの作成を条件を検討している．3ω法に使用されている白金薄膜について様々な条件で薄膜作成を行い，その評価を行い、測定に必要な成膜条件を見い出している．当初計画２．「テスト試料における薄膜熱容量測定試験と測定周波数の高周波数化」については，1MHzまでの拡張はできていないが、100kHzまでの拡張の目処はついており、更なる高周波数化を進めている。今年度は、さらに実際のテスト薄膜について研究を進め、薄膜熱物性の測定および薄膜での相転移現象について研究を行っていく。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初計画１．「測定センサーの開発」については，スパッタリング装置を購入し，薄膜熱容量測定に最適なセンサーの作成を条件を検討している．3 ω法に使用されている白金薄膜について様々な条件で薄膜作成を行い，その評価を行っており，ほぼ順調に進捗している. 当初計画２．「テスト試料における薄膜熱容量測定試験と測定周波数の高周波数化」については，1MHzまでの拡張には至っていないが、100kHzまでの目処は立っており、更なる拡張を行なっているところである。しかし、コロナ禍のため十分な実験時間が確保できず，テスト試料についての実際の熱物性測定および薄膜の層転移挙動の研究はあまり進捗していない．技術的，科学的問題に遭遇している訳ではないことから，重点的に進めて行く．

Strategy for Future Research Activity

コロナ禍も収まりつつあるため，十分な実験時間を確保できると考えられ，指導学生の修士論文対象研究ともなっていることから，特に酸化物薄膜強について薄膜化にともなう熱物性変化および相転移現象の変化を調べる研究を進めて行く．

Causes of Carryover

コロナ禍のため十分な実験ができず，液体ヘリウムなどの冷媒の使用が減少し，物品費の使用が十分に出来なかった．これについてはコロナ禍が収まりつつあるため，そのために使用する．