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確率過程論に基づくプラズマ―材料原子スケール相互作用の解明と材料特性制御への展開

研究課題

研究課題/領域番号 20J22727
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分14030:プラズマ応用科学関連
研究機関京都大学

研究代表者

濱野 誉  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2022年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード窒化ホウ素 / 薄膜堆積 / イオン照射 / ナノネットワーク構造 / 電気的特性 / 局在準位 / 3次元構造体 / プラズマ照射 / イオン衝撃 / 欠陥 / エネルギー準位 / 3次元微細構造 / 窒化ホウ素膜 / トランジスタ / 3次元構造
研究開始時の研究の概要

従来とは本質的に異なる,プラズマ―材料原子スケール相互作用の確率論的な理解と,確率過程モデルに基づく材料特性制御・材料プロセス最適化手法の確立を目指す.この目的の達成のため,根本事象であるプラズマ―材料相互作用のモデリングを基盤とし,それに伴う材料の電子状態変化とその後の経時的特性変化過程を階層的に捉え,確率過程論を駆使して解明する.また,この確率過程相互作用モデルを応用し,材料やデバイスの長期的性能・信頼性をも最適化する新しいプラズマプロセス設計手法を提案する.

研究実績の概要

本研究は,プラズマ―材料原子スケール相互作用のモデリングを基盤として,材料やデバイスの長期的性能・信頼性をも最適化するプラズマプロセス設計手法を提案することを目指している.本年度は,プラズマから被加工材料表面に照射されるイオンとの物理的相互作用による材料物性変化に着目し,イオン照射制御による多様な窒化ホウ素(BN)膜の実現に取り組んだ.これまで本研究課題において培ってきた絶縁体材料の特性評価技術を適用し,作製した薄膜の詳細評価を行い,以下の知見を得た.
(1)成膜中の照射イオンエネルギーにより,BN膜中のsp2/sp3結合比率に加えてsp2結合相配向を制御できることをはじめて実証した.BNの微視的構造変化がバンドギャップ内局在準位形成を誘発し,最終的に光学的特性(消衰係数)および電気的特性(電子伝導機構,キャリア捕獲特性)が変化することを明らかにした.
(2)3次元微細構造体(Si基板内トレンチ構造)へのBN膜堆積において,構造体内各面(表面上面,トレンチ側面,トレンチ底面)上でのイオン照射に起因する堆積膜厚変化ならびに微視的構造(sp2/sp3結合比率,sp2結合相配向)の差異を明らかにした.(1)で明らかにした微視的構造変化による電子状態変化および巨視的特性変化機構に基づき,3次元微細構造体内の各面上に形成されるBN膜の光学的特性,電気的特性を予測する枠組みを提示し,構造体内各面でBN膜特性が一様ではないことを予測した.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Spectroscopic ellipsometry characterization of boron nitride films synthesized by a reactive plasma-assisted coating method2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hamano, Takayuki Matsuda, Yuya Asamoto, Masao Noma, Shigehiko Hasegawa, Michiru Yamashita, Keiichiro Urabe, and Koji Eriguchi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 120 号: 3 ページ: 031904-031904

    • DOI

      10.1063/5.0077147

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ion irradiation-induced sputtering and surface modification of BN films prepared by a reactive plasma-assisted coating technique2022

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Takayuki、Hamano Takashi、Asamoto Yuya、Noma Masao、Yamashita Michiru、Hasegawa Shigehiko、Urabe Keiichiro、Eriguchi Koji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Characterization of nano-network structure transition of boron nitride films by ion irradiation during the film growth2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hamano, Takayuki Matsuda, Yuya Asamoto, Masao Noma, Shigehiko Hasegawa, Michiru Yamashita, Keiichiro Urabe, and Koji Eriguchi
    • 学会等名
      43rd International Symposium on Dry Process
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 反応性プラズマ支援成膜法による窒化ホウ素膜のナノネットワーク構造および機能特性制御2022

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,松田崇行,朝本雄也,野間正男,長谷川繁彦,山下満,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      応用物理学会シリコンテクノロジー分科会 第242回研究集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノネットワーク構造解析に基づく微細トレンチ内の窒化ホウ素膜特性予測2022

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,松田崇行,朝本雄也,野間正男,長谷川繁彦,山下満,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 顕微フォトリフレクタンス分光法を用いたSi深掘り孔側壁に形成されるプラズマ誘起欠陥層の電子状態解析2021

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] A comprehensive analysis of defect state generation by ion bombardment at bottoms and sidewalls of deep holes in Si substrates2021

    • 著者名/発表者名
      T. Hamano, K. Urabe, K. Eriguchi
    • 学会等名
      42nd International Symposium on Dry Process
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 顕微フォトリフレクタンス分光法を用いたシリコン深掘り孔内部の欠陥準位解析2021

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      先端ナノミクス若手研究者交流会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] sp結合ナノネットワーク構造変化に起因する窒化ホウ素膜特性遷移の解析2021

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 過渡電流解析によるシリコン酸化膜中のプラズマ誘起欠陥準位評価2020

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Effects of Variability in Plasma-Induced Damage to Si Substrate on Device Performance and Its Application to Variability Assessment Methodology2020

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      第20回 関西コロキアム電子デバイスワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 過渡電流解析を用いたシリコン系絶縁膜中のプラズマ誘起欠陥準位解析2020

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      応用物理学会関西支部 2020年度第1回+第2回合同講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 顕微フォトリフレクタンス分光法によるシリコン深掘り孔底面および側壁のプラズマ誘起欠陥層解析2020

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 電気容量解析に基づくSi基板内のプラズマプロセス誘起欠陥のギャップ内準位分布予測2020

    • 著者名/発表者名
      濱野誉,占部継一郎,江利口浩二
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A Framework for Sensitive Assessment of Plasma Process-Induced Damage in Si Substrates2020

    • 著者名/発表者名
      T. Hamano, K. Urabe, K. Eriguchi
    • 学会等名
      2020 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Model analysis for effects of spatial and energy profiles of plasma process-induced defects in Si substrate on MOS device performance2020

    • 著者名/発表者名
      T. Hamano, K. Urabe, K. Eriguchi
    • 学会等名
      2020 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 京都大学 航空宇宙工学専攻 推進工学分野

    • URL

      http://www.propulsion.kuaero.kyoto-u.ac.jp/Member:Hamano

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書 2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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