イオンビーム誘起結晶成長を利用した格子ミスマッチ制御基板結晶の作製

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25420743
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 菱田 俊一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 経営企画部門, 特別研究員 (40354419)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂口 勲 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料拠点, グループリーダー (20343866)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: イオンビーム誘起結晶成長 / イオン照射 / チタニア / 単結晶基板 / 組成調整 / 平滑表面 / 格子ミスマッチ

Outline of Annual Research Achievements

エピタキシャル薄膜成長において薄膜と基板結晶間の格子ミスマッチを軽減するために、基板の格子定数をイオンビーム誘起結晶成長法を応用することにより制御することを目的として、汎用的なチタニア基板結晶を対象に、熱平衡組成を超えて組成調整・格子定数調整した基板を作製し、その基板がエピタキシャル成長で有効に機能することを検証する。本年度は主にSn+を高濃度イオン注入した固体中での金属元素濃度の実測値と計算予測値との比較を行った。
固体中の原子濃度は、格子定数の変化に直結することから重要であり、その濃度を計算予測可能であることは実際的である。高濃度にイオン注入された原子の固体内分布を計算するコードとしてTRIDYNを用い、RBSによる実測値とを比較した。
TiO2 (110)に823Kで50keVのSn＋イオンを～3E17ions/cm2イオン注入した場合のSn/Ti比をＲＢＳ及びRAPMコードにより解析した値を用いた。計算値では、約0.7E17ions/cm2イオン注入すると最大濃度約47％に達し、それより高注入でSn濃度が低下することとなった。この低下はSnとTiのスッパタ率の違いによると考えられる。一方、実測値では3E17ions/cm2イオン注入までほぼ直線的にSn濃度が増加するが、その濃度は計算値よりかなり低かった。実測したＲＢＳスペクトルから、計算で予測された注入イオンの到達深さよりもさらに深い領域にSn原子が存在していることが明らかとなった。室温でイオン注入した試料では、注入後の加熱処理により注入原子は1000℃までは熱拡散しないことを確認した。また、到達深さ（数μm以上）の見積もりから注入カスケードによるものではないことも確認された。よって、この現象は高温イオン注入での新しい現象の発見と考えられ、すでに報告したボイドの形成も含め、今後検討すべき課題と考えられた。