2011 Fiscal Year Research-status Report
ヒーリング効果を利用した単結晶内部における高速イオンドーピング
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23760639
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
兼平 真悟 京都大学, 次世代低炭素ナノデバイス創製ハブ, 特定専門業務職員 (30437248)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | サファイヤ / クラックヒーリング / フェムト秒レーザー / イオンドープ |
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| Research Abstract |
a面（1120)、c面(0001)、m面(1010)を断面にもつ直方体状のサファイヤ単結晶を購入し、フェムト秒レーザーを集光照射した。ちょうど断面を横切るような形で照射し、3mm程度のクラックラインを作製した。作製したサンプルは、大気中、Arフロー中、真空中で加熱した。加熱温度は、1000～1200℃の間で制御した。大気中で加熱した場合は、クラックはほぼ回復したが、還元雰囲気や真空雰囲気中では回復しなかった。これは、クラック周囲の原子がサンプル周囲に存在するガスとの交換反応により回復していることを示している。 次に、表面にFeやTi膜をスパッタ法を用いて作製し、周囲をFe2O3やTi2O5粒子で覆うように成形体を作製した。そして、大気中または還元雰囲気中で加熱し、クラック領域へのイオンドーピングを試みた。Feは、クラック内部の深い領域まで拡散することを顕微鏡観察により確認した。Tiに関しては、周囲を覆う酸化物セラミックスのTi価数により、拡散状態が大きく変化することが分かった。Tiは、サファイヤ内部では３価の状態でのみ存在することを発光スペクトルから確認した。
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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
研究目標でも掲げていた、クラックの進展挙動とヒーリング効果の制御に関しては、大筋ほぼ完了している。アニールの雰囲気によりクラックの回復度合いに違いがあることが分かり、イオンの拡散挙動にも大きく影響を与える可能性があることが分かった。TEMによる観察結果からは、アニールにより転位などの格子欠陥が、若干ではあるが回復領域に残存している様子を確認した。又、アニール時にサンプルを囲う酸化物の違い（つまり、ドーピング用イオンの価数）が、クラックに入り込み拡散するプロセスにおいて影響を与えることを確認した。つまり、チタンに関して言えば、４価よりも3価の状態の方がサファイヤ内部の拡散には適していることが分かった。拡散種であるイオンの価数が、クラックヒーリングの進行にも影響を与えるという指針も得られており、研究は順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに得られた指針を基に、異なる基板内部にもクラックを形成し、基板に適応した条件でアニール処理を行うことで、クラックヒーリングの状態を確認する。又、回復状態に関してはFE-SEMやEDXに留まらず、TEMを利用した原子レベルにおける解析まで進めていく予定である。サファイヤの場合は、クラックヒーリングが誘起される温度が1200～1300℃程度と非常に高温であり、拡散種として使用できるイオン種が限定される。より低い温度でヒーリングが可能な基板の探索を行うと共に、拡散種として用いるイオンについても検討を加える。現在、導電率の高いイオン種の拡散を考えており、クラックヒーリングを用いた導電性回路の作製へと応用を図る。基板に関しては、SiCや耐熱性のポリマーの利用も今後考慮していく予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
ヒーリング効果を確認するための、酸化物セラミックス（サファイヤ、MgO, ZnOなど）を購入する。又、結晶基板以外の材料（ポリマーなど）も購入し、レーザー照射によりクラックを発生させた領域のアニールによる回復状態を確認する。又、クラック回復領域の表面状態を確認するため、AFMを使用する予定である。AFM測定に必要な、カンチレバーの購入費用に一部充てる予定である。前年度に行った内容に関して論文としてまとめ、海外雑誌に投稿するための費用や国際会議の渡航費用として一部使用する。
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