2021 Fiscal Year Annual Research Report
Control of nanostructures of directly-bonded Si/diamond interfaces by annealing
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21H01830
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
重川 直輝 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (60583698)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嘉数 誠 佐賀大学, 理工学部, 教授 (50393731)
大野 裕 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80243129)
梁 剣波 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80757013)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 表面活性化接合 / ダイヤモンド//シリコン接合 / 熱処理 / HAADF-STEM / EDX / X線回折 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「接合界面の耐熱温度を明確化」するための手段として、最高熱処理温度1500 ℃の熱処理炉を導入し、シリコン（Si）の融点（1414 ℃）以上の高温でのダイヤモンド//Si接合界面の熱処理を可能とした。
「異なる条件で熱処理した界面の原子配列と組成を精査する」ために、熱処理前及び1000 ℃で熱処理したダイヤモンド//Si接合界面のナノ構造および化学組成をHAADF-STEM及びEDXにより評価した。接合装置内の残留酸素あるいは水に起因する酸素原子、及び、表面活性化処理において試料周辺の試料ホルダ―がAr原子ビームで照射される際に試料表面に取り込まれる鉄（Fe）原子が熱処理前の界面に存在すること、酸素原子分布のピークは3-4 nmSi中に入った場所に存在すること、1000 ℃熱処理後の界面では、接合界面にSiC化合物層が形成されており、Si中に5-15 nmの大きさの空隙（nano void）が形成されること、nano void中に界面に取り込まれたFe原子が高濃度に存在していること、が分かった。nano voidの形成箇所と熱処理前の酸素原子分布には関連がある可能性が示された。
「接合中のひずみを評価」するための第一歩として、熱処理前のダイヤモンド//SOI基板接合のSi(004)反射のX線回折測定（ロッキングカーブ測定、2θ/ω測定）を行った。ダイヤモンドと接合している部分のSOI基板において、接合界面付近のSi中に圧縮応力が存在すること、接合していない部分のSOI基板には引張応力が作用していることを示す結果を得た。
新たに放射線照射が接合界面に及ぼす影響を評価するため、東北大学電子光理研の協力を得てダイヤモンド//Si接合に電子線照射を行った。
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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
当初予定していた、熱処理炉の導入、STEMによる接合界面のナノ構造及び化学結合の評価・熱処理効果の解明、X線回折による歪評価を行った。STEMによる接合界面評価では、当初計画になかった熱処理後の界面におけるnano void形成を見出すとともに、メカニズムの議論を行った。熱処理炉を用いたSiの融点を上回る温度での接合の熱処理実験には至っていないが、おおむね順調に進捗していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画通りに研究を進める。ダイヤモンド//Si界面の新たな応用開拓の一助として、放射線照射が接合界面に及ぼす効果を調べる。
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Research Products
(3 results)
