2015 Fiscal Year Annual Research Report
超薄膜ＧｅおよびＳｉＧｅの極微小領域に導入された歪場のラマン分光法による多軸解析
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24360125
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
小椋 厚志 明治大学, 理工学部, 教授 (00386418)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣沢 一郎 公益財団法人高輝度光科学研究センター, その他部局等, 研究員 (00360834)
小瀬村 大亮 明治大学, 公私立大学の部局等, 研究員 (00608284)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | SiGe / 応力・歪 / 液浸ラマン分光法 / 表面増強ラマン分光法 / 有限要素法（FEM / 有限差分時間領域法（FDTD） / 第一原理計算（ab initio） / 国際情報交換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度（H24）、２年目（H25）に混晶系ダイヤモンド構造を持つSiGe材料の全Ge濃度（0, 15, 30, 76, 85, 92%）に渡るラマン歪換算係数を導出した。但し、この時点で、50%以上のGe濃度SiGeについて異方性2軸応力には適用出来なかった。これは、無歪SiGe材料のラマンシフトピーク位置を正確に求めることが難しいことに因る。３年目（H26）にSi基板上に直接エピタキシャル成長した低Ge濃度歪SiGe薄膜（30-40 nm）を長さ5 um、幅1 umから50 nmまで変えたメサ構造を作製して、長軸、および短軸方向の応力成分分離を、液浸ラマン分光法により達成した。得られた応力値について、有限要素法（FEM）、および電子後方散乱回折（EBSD）の結果と比較して妥当性を検証した。さらに、短時間化の観点で、表面増強ラマン分光法（SERS）を適用して、本手法でキーとなるSiGeの横光学フォノンを効率的に励起可能なことを実証した。そして昨年度（H27）に、高Ge濃度歪SiGe薄膜の異方性2軸応力評価に関する研究を行ったので、以下に概要を示す。
Tsang et al. (1993)が提案した高Ge濃度領域における無歪SiGeのラマンシフトピーク位置を参照して、換算係数を導出した。これまでに得られた全Ge濃度に渡るSiGeの換算係数について、Reparaz et al. (2008), Pezzoli et al. (2008), Anastassakis et al. (1990)が提案した値と、さらにab initioを用いて得られた計算値とを比較検証して、全Ge濃度に渡る正確な歪SiGe材料のラマン歪換算係数を提案した。そして、H26同様、メサ構造を作製して、高Ge濃度歪SiGe薄膜の異方性2軸応力評価を達成した。
また、X線回折法に関して、full profile fittingで積層数と格子面間隔を精度よく推定できる技術の開発し、散漫散乱で面内方向の格子乱れの相関を定量評価できる可能性を見出し、それらを統合して格子乱れの相関に異方性があることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請書に記載した本研究課題の目的は、“次世代デバイス材料として期待されるSiGeの極微小領域に導入された多軸歪のラマン分光法による簡便かつ精密測定方法に関する開発”、である。これを達成するために、これまでに、SiGe材料に導入された異方性応力場を正確に測定するために必要なラマン歪換算係数を提案した。この換算係数は全Ge濃度領域をカバーする。本研究で得られた換算係数を液浸ラマン分光法に取り入れることにより、正確な異方性2軸応力評価が達成される。実際、低Ge、および高Ge濃度歪SiGe薄膜を持つメサ構造の異方性2軸応力を測定して、FEMの計算結果, およびEBSDの測定結果と比較検討して妥当性を確認した。さらに、本手法の短時間化の観点でSERSを組み合わせることが効果的であることを実証した。以上より、計画通りに研究が進んでいると考えられる。
本年度（最終年度）の課題として、本研究課題で得られた成果技術を実用化に近い試料に適用して、次世代SiGeチャネルデバイス開発に貢献する。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度（H28）で達成すべき課題はSiGeをチャネルに持つ次世代デバイス開発に、歪とデバイス性能の観点で、有益な指針を提案することである。現在、選択的イオン注入法により作製された異方性応力場を持つ歪SiGeについて、本研究成果技術を用いて評価して、所望の1軸性応力場が導入されていること、検出された応力場は選択的イオン注入領域サイズに依存することを実証した。1軸性応力場はSiGeチャネルの電気伝導特性を効果的に改善するので期待されており、得られた応力場の測定値は1軸性SiGeの電気特性を検討する上で貴重な知見を与えると考えられる。さらに、歪SiGe材料における電気伝導とフォノン散乱の関係について、歪導入が与えるフォノン分散の変化を考察することは重要である。これを達成するために、本年度にSPring-8で課題“X線非弾性散乱法による歪SiGeのフォノン分散測定”を予定している。この実験結果と、これまでに本研究で得ている歪とフォノン振動数変化を記述するラマン歪換算係数（PDPs: phonon deformation potentials）を比較検討することにより、SiGe材料物性の深い理解を試みる。上記の観点で、本研究の成果を用いて、次世代デバイス開発に貢献する。
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| Causes of Carryover |
年度末にマシンタイムが確保できずに、実験が年度の越してしまったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度の研究成果発信事業に使用予定。
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