| 研究課題/領域番号 |
20K05338
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
吉越 章隆 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (00283490)
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| 研究分担者 |
冨永 亜希 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 技術・技能職 (50590551)
津田 泰孝 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 博士研究員 (50869394)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | シリコン / 表面酸化 / 酸素 / 吸着反応 / その場観察 / 放射光 / 光電子分光 / 表面反応ダイナミクス / 放射光分析 / ガス雰囲気 / Si表面 / 酸化 / 酸素および酸化剤 / 放射光軟X線分光 / リアルタイム観察 / シリコン酸化 / 吸着状態 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
スマートフォンなどの情報通信機器に使われるようなトランジスター中のシリコン絶縁膜には、原子数層の高品質な酸化膜が必要であり、酸化反応の原子レベルの理解と制御（ナノテク）が必要である。本研究では、超音速酸素分子線と放射光表面分析によって、気体酸素分子によるシリコン表面酸化の理解と制御を実現する。具体的には、表面に衝突する酸素分子の並進エネルギーによる酸化物の違いをSPring-8の軟X線光電子分光および吸収分光によって詳細に捉える。酸素分子の並進エネルギーによって吸着反応パスを変えることで効率的に酸化膜を形成あるいは熱反応では不可能な新規酸化膜を活性化障壁を乗り越えることで実現することを目指す。
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| 研究成果の概要 |
情報通信機器の基本素子である電界効果型トランジスターのシリコン(Si)酸化絶縁膜は原子数層になっていることから、本研究では、放射光光電子分光と超音速酸素分子線を使った原子レベルの酸化反応の理解と制御に取り組んだ。酸化速度や酸化価数の温度、圧力、不純物(n,p)依存性や表面吸着状態および界面歪と電子状態の関係、放出Si原子と生成する欠陥が反応サイトとしてどのように機能するのかを調べた。また、分子状吸着酸素を並進エネルギーで制御し欠陥サイトにおける反応を調べた。開発した実験手法を他の反応系へ応用し、それぞれの差異を通じて酸化反応の理解を深めた。効率的な酸化膜形成に必要なプロセス条件の探索を進めた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
スマートフォンなどの情報通信機器は社会基盤の一つとなり、今後、IoTやAIを活用したSociety5.0社会の実現には、さらなる小型、高性能かつ省電力動作可能な半導体デバイスが必須となる。電界効果型トランジスターは演算処理や記録を担う基本素子として重要であり、その中ではシリコン酸化絶縁膜が使われている。微細化が進みその膜厚は原子数層になっており、さらなる高性能化には原子レベルの酸化反応の理解と制御が必須である。本研究は、放射光表面分析を使ってシリコン表面の酸化反応メカニズムの解明を目指した。半導体産業の重要性がアフターコロナ以降に露わとなったが、本研究は半導体基礎研究としての貢献も期待できる。
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