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量子化イオン照射による半導体ナノ構造の加工と特性制御

研究課題

研究課題/領域番号 09555102
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関早稲田大学

研究代表者

大泊 巌  早稲田大学, 理工学部, 教授 (30063720)

研究分担者 原 謙一  早稲田大学, 理工学部, 助手 (40298162)
豊島 義明  東芝セミコンダクター社, マイクロエレクトロニクス研究所, 主査
松川 貴  早稲田大学, 理工学部, 助手 (70287986)
研究期間 (年度) 1997 – 1999
研究課題ステータス 完了 (1999年度)
配分額 *注記
12,900千円 (直接経費: 12,900千円)
1999年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
1998年度: 4,800千円 (直接経費: 4,800千円)
1997年度: 7,200千円 (直接経費: 7,200千円)
キーワード量子化イオン照射法 / シングルイオン注入法 / 不純物 / ドーパント / 半導体 / 集束イオンビーム / 表面改質 / ナノ構造 / 単一イオン抽出 / 2次電子検出 / 不純物揺らぎ / ドーパント個数制御 / SIMOX基板 / 異方性エッチング / ゆらぎ / 活性化 / MOS界面準位
研究概要

当該研究期間初年度に, イオンを1個ずつ照射可能な量子化イオン照射法の要素技術の改良、および基礎データの収集を完了し、最終年度(H.11)に、当初、目的として掲げた超LSIの更なる微細化の際に障害となる不純物原子数のゆらぎによる素子特性ゆらぎを初めて制御するに至った。具体的な成果は以下の通りである。
(1)ドーバント個数制御性の改善
量子化イオン照射装置における2次電子検出系の改良を行い、ドーパント個数の制御性を左右する2次電子検出率を90%に改善することに成功した。従来のイオン注入法で生じる特性ゆらぎを30%まで制御できる見通しを得た。
(2)イオン1個当たりの半導体電気的特性変化量の定量的評価
不純物の統計的ゆらぎに起因する特性ゆらぎを抑制するために、イオン1個当たりの素子特性変化量の評価を初めて試みた。その結果、コンダクタンス増加量を18nS/ion、およびフラットバンド電圧減少量を4.5mV/ionと定量的に明らかにした。
(3)微小半導体の電気的特性制御
まず、サブミクロンサイズの抵抗体を作製し、コンダクタンスの度数分布を取得した。平均値からのばらつきが大きく、ゆらぎを63%と評価した。コンダクタンスをある一定値に揃えるため、予め実験的に求めたイオン1個当たりのコンダクタンスの増加量(18nS/ion)に基づき、抵抗体毎に必要な数だけ不純物原子を1個ずつ注入することによって、ゆらぎを63%から13%に大幅に低減させることに成功した。このゆらぎ抑制効果は、不純物原子の個数だけでなく、シングルイオン注入法によって不純物原子の位置もある程度制御された結果も併せて明らかにした。
(4)量子化イオン照射装置の高精細化
不純物ゆらぎの抑制を試みる過程で、不純物原子の離散性という新しい物理的描像の理解の必要性が新たに生じた。これを定量的に検証するためには、ナノ領域に精度良く不純物を導入することが不可欠であると判断し、イオンビームから1個のイオンを抽出するという操作故に留まっていたサブミクロン程度の制御性を格段に向上させるために、集束イオンビーム(FIB)の光学系の設計を行い、高精細化の見通しを得た。

報告書

(4件)
  • 1999 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1998 実績報告書
  • 1997 実績報告書
  • 研究成果

    (74件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (74件)

  • [文献書誌] M.Koh: "Quantitative characterization of Si/SiO2 interface traps induced by energetic ions by means of single ion microprobe and single ion beam induced charge imaging"Appl.Surf.Sci.. 117/118. 171-175 (1997)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsukawa: "Development of single-ion implantation-controllability on implanted ion number"Appl.Surf.Sci.. 117/118. 677-683 (1997)

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  • [文献書誌] T.Shinada: "Damage and contamination free fabrication of thin Si wires with highly controlled feature size"Appl.Surf.Sci.. 117/118. 684-689 (1997)

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  • [文献書誌] M.Koyama: "Estimation of spatial extent of a defect cluster in Si induced by single ion irradiation"Jpn.J.Appl.Phys.. 36. L708-710 (1997)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松川貴: "シングルイオン照射とその応用"放射線. 23. 25-34 (1997)

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  • [文献書誌] M.Koyama: "Influence of near-surface defects in Si induced by reactive ion etching on the electrical properties of the Pt/n-Si interface"Jpn.J.Appl.Phys.. 36. 6682-6686 (1997)

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  • [文献書誌] 原謙一: "シングルイオン注入と電気化学反応を用いたウェハースケールテクノロジー"電子情報通信学会信学技報. ED-97-07. 35-40 (1997)

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  • [文献書誌] T.Matsukawa: "Three-dimensinal site dependence of single-ion-induced charge collection at a p-n junction - role of funneling and diffusion processes under different ion energy"J.Appl.Phys.. 83. 3413-3418 (1998)

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  • [文献書誌] T.Matsukawa: "Key technologies of FIB system for single ion implantation"J.Vac.Sci.Technol.B. 16. 2479-2483 (1998)

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  • [文献書誌] T.Shinada: "The current status of single ion implantation"J.Vac.Sci.Technol.B. 16. 2489-2493 (1998)

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  • [文献書誌] 原謙一: "シングルイオン注入と電気化学反応を用いたウェーハスケールテンクノロジー"電子情報通信学会論文誌. J81-C-2. 675-679 (1998)

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  • [文献書誌] T.Sumita: "Nano-fabricated CDW by ion-beam irradiation"Synthetic Metals. 103. 2234-2237 (1999)

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  • [文献書誌] T.Matsukawa: "Lateral migration of point defects in Si induced by localized ion implantation"Appl.Phys.Lett.. 74. 2663-2665 (1999)

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  • [文献書誌] H.Kubota: "Nano-fabrication of CDW and its negative resistance phenomenon"J.Phys.IV France. 9. 175-197 (1999)

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  • [文献書誌] T.Shinada: "Influence of secondary electron detection efficiency on controllability of dopant ion number in single ion implantation"J.Appl.Phys.. 38. 3419-3421 (1999)

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  • [文献書誌] M.Koh: "Quantitative characterization of ion-induced SiO2/Si interface traps by means of MeV He single-ion irradiation"J.Appl.Phys.. 85. 1714-1718 (1999)

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  • [文献書誌] M.Koh: "Simple fabrication of nanopyramid array (NPA) on Si surface by means of focused ion beam patterning wet etching"Ext.Abst.SSDM. 184-185 (1999)

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  • [文献書誌] K.Hara: "Single-ion detection using nuclear track detector CR-39 plastic"Rev.Sci.Instrum.. 70. 4536-4538 (1999)

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  • [文献書誌] T.Shinada: "Reduction of fluctuation in semiconductor conductivity by one-by-one ion implantation of dopant atoms"J.Appl.Phys.. 39. (2000)

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  • [文献書誌] M.Koh: "New process for Si nanopyramid array (NPA) fabrication by means of ion beam irradiation and wet etching"J.Appl.Phys.. 39. (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shinada: "Flat-band voltage control of a back-gate MOSFET by single ion implantation"Appl,Surf.Sci., in press.. (2000)

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  • [文献書誌] M.Koh: "Simple nanostructuring of Si surfaces by means of focused beam patterning and wet etching"Appl,Surf.Sci., in press.. (2000)

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  • [文献書誌] S.Sawara: "Simple fabrication of high density concave nanopyramid array(NPA) on Si surface"Appl,Surf.Sci., in press.. (2000)

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  • [文献書誌] M.Koh: "New process for Si nanopyramid array (NPA) fabrication by means of ion beam irradiation and wet etching"Appl,Surf.Sci., in press.. (2000)

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  • [文献書誌] M. Koh: "Quantitative characterization of Si/SiO2 interface traps induced by energetic ions by means of single ion microprobe and single ion beam induced charge imaging"Appl. Surf. Sci.. Vol. 117/118. 171-175 (1997)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsukawa: "Development of single-ion implantation controllability of implanted ion number"Appl. Surf. Sci.. Vol.117/118. 677-683 (1997)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shinada: "Damage and contamination free fabrication of thin Si wires with highly controlled feature size"Appl. Surf. Sci.. Vol.117/118. 684-689 (1997)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Koyama: "Estimation of spatial extent of a defect clluster in Si induced by single ion irradiation"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.36. L708-710 (1997)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsukawa: "Single ion irradiation and its application"Houshasen. Vol.23 (in Japanese). 25-34 (1997)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Koyama: "Influence of near-surface defects in Si induced by reactive ion etching on the electrical properties of the Pt/b-Si interface"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.36. 6682-6686 (1997)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hara: "Wafer-scale nano-fabrication using single-ion-implantation and electrochemical process"Technical report of IEICE. ED-97-07 (in Japanese). 35-40 (1997)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Matsukawa: "Three-dimensinal site dependence of single-ion-induced charge collection at a p-n junction-role of funneling and diffusion processes under different ion energy"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.83. 3413-3418 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsukawa: "Key technologies of FIB system for single ion implantation"J. Vac. Sci. Technol. B. Vol.16. 2479-2483 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shinada: "The current status of single ion implantation"J. Vac. Sci. Technol. B. Vol.16. 2489-2493 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hara: "Wafer-scale nano-fabrication using single-ion-implantation and electrochemical process"Trans. of IEICE. Vol. J81-C-2. 675-679 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Sumita: "Nano-fabricated CDW by ion-beam irradiation"Synthetic Metals. 103. 2234-2237 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsukawa: "Lateral migration of point defects in Si induced by localized ion implantation"Appl. Phys. Lett.. Vol.74. 2663-2665 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.kubota: "Nano-fabrication of CDW and its negativeresistance phenomenon"J. Phys. IV France. Vol.9. 175-177 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shinada: "Influence of secondary electron detection efficiency on controllability of dopant ion number in single ion implantation"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.38. 3419-3421 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Koh: "Quantitative characterization of ion-induced SiO2/Si interface traps by means of MeV He single-ion irradiation"J. Appl. Phys.. Vol.85. 7814-7818 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Koh: "Simple fabrication of nanopyramid array (NPA) on Si surface by means of focused ion beam patterning wet etching"Ext. Abst. SSDM, 1999 (Tokyo). 184-185

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hara: "Single-ion detection using nuclear track detector CR-39 plastic"Rev. Sci. Instrum. Vol.70. 4536-4538 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shinada: "Reduction of fluctuation in semiconductor conductivity by one-by-one ion implantation of dopant atoms"Jph. J. Appl. Phys.. Vol.39. (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Koh: "New process for Si nanopyramid array (NPA) fabrication by means of ion beam irradiation and wet etching"Jph. J. Appl. Phys.. Vol.39 (in press). (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shinada: "Flat-band voltage control of a back-gate MOSFET by single ion implantation"Appl. Surf. Sci.. (in press).

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Koh: "Simple nanostructuring of Si surfaces by means of focused beam patterning and wet etching"Appl. Surf. Sci.. (in press).

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Sawara: "Simple fabrication of high density concave nanopyramid array (NPA) on Si surface"Appl. Surf. Sci.. (in press).

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Koh: "New process for Si nanopyramid array (NPA) fabrication by means of ion beam irradiation and wet etching"Appl. Surf. Sci.. (in press).

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shinada: "Influence of secondary electron detection effciency controllability of dopant ion number in single ion implantation"Jpn.J.Appl.Phys.. 38. 3419-3421 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] M.Koh: "Quantiative characterization of ion-induced SiO2/Si interface traps by means of MeV He single-ion irradiation"J.Appl.Phys.. 85. 7814-7818 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kubota: "Nano-fabrication of CDW and its negative resistance phenomenon"J.Phys.IV France. 9. 175-177 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K.Hara: "Single-ion detection using nuclear track detector CR-39 plastic"Rev.Sci.Instrum. 70. 4536-4538 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Shinada: "Control of electrical characteristics in fine semiconductor by pinpoint doping of impurity atoms"Proc.of 18^<th> symp.on mat.sci.and Eng.,Tokyo (Hosei univ.,1999). 101-106 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Shinada: "Flat-band voltage control of a back-gate MOSFET by single ion implantation"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2000)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Matsukawa, et al.: "Three-dimensinal site dependence of single-ion-induced charge collection at a p-n junction-role of funneling and diffusion process under different ion energy" J.Appl.Phys.Vol.83. 3413-3418 (1998)

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      1998 実績報告書
  • [文献書誌] T.Matsukawa, et al.: "Key technologies of FIB system for single ion implantation" J.Vac.Sci.Technol.B. Vol.16. 2479-2483 (1998)

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      1998 実績報告書
  • [文献書誌] T.Shinada, et al.: "The current status of single ion implantation" J.Vac.Sci.Technol.B. Vol.16. 2489-2493 (1998)

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      1998 実績報告書
  • [文献書誌] T.Matsukawa, et al.: "Three-dimensinal site dependence of single-ion-induced charge collection at a p-n junction-role of funneling and diffusion processes under differention energy," Journal of Applied Physics(to be published).

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  • [文献書誌] T.Matsukawa, et al.: "Key technologies of FIB system for single ion implantation" Journal of Vacuum Science and Technology B(to be published).

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      1997 実績報告書
  • [文献書誌] M.Koh, et al.: "Quantitative characterization of Si/SiO_2 interface traps induced byenergetic ions by means of single ion microprobe and single ion beam induced charnge imaging," Applied Surface Science. 117/118. 171-175 (1997)

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      1997 実績報告書
  • [文献書誌] M.Koyama, et al.: "Estimation of Spatial Extent of a Defect Cluster in Si Induced by SingleIon Irradiation," Japanese Journal of Applied Physics. 36. L708-710 (1997)

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  • [文献書誌] M.Koyama, et al.: "Influence of Near-Surface Defects in Si Induced by Reactive Ion Etching on the Electrical Properties of the Pt/n-Si Interface," Japanese Journal of Applied Physics. 36. 6682-6686 (1997)

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      1997 実績報告書
  • [文献書誌] K.Shimada, et al.: "Reactivity of O_2 with Si(111)surfaces with different surface structures" Applied Surface Science. (to be published).

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  • [文献書誌] T.Watanabe, et al.: "Mechanism of H_2 desorption from H-terminated Si(001)surfaces" Applied Surface Science. 117/118. 67-71 (1997)

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  • [文献書誌] T.Watanabe, et al.: "Monte Carlo study on formation of periodic structures on Si(111)surfaces," Surface Science. 389. 357-381 (1997)

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  • [文献書誌] T.Hoshino, et al.: "Theoretical investigation on the formation process of the stacking-fault triangle in the Si(111)-7x7 structure" Surface Science. 394. 119-128 (1997)

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  • [文献書誌] T.Watanabe, et al.: "Effects of fixed particles on periodic adatom arrangements on Si(111)unreconstructed surfaces" Applied Surface Science. (to be published).

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  • [文献書誌] T.Shimada, et al.: "Damage and contamination free fabrication of thin Si wires with highly controlled feature size" Applied Surface Science. 117/118. (1997)

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  • [文献書誌] T.Shimada, et al.: "The current status of sigle ion implantation" Journal of Vacuum Science and Technology B. (to be published).

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  • [文献書誌] 原謙一、他: "シングルイオン注入と電気化学反応を用いたウェハ-スケールテクノロジー" 電子情報通信学会信学技報. ED-97-07. 35-40 (1997)

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  • [文献書誌] 松川 貴、他: "シングルイオン照射とその応用" 放射線. 23. 25-34 (1997)

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  • [文献書誌] T.Matsukawa, et al.: "Development of single-ion implantation-controllability of implanted ion number" Applied Surface Science. 117/118. 677-683 (1997)

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公開日: 1997-04-01   更新日: 2016-04-21  

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