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結晶構造を制御した酸化膜の常温による新規接合技術の実現

研究課題

研究課題/領域番号 20K14629
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分18020:加工学および生産工学関連
研究機関東京農業大学 (2021-2022)
神奈川県立保健福祉大学 (2020)

研究代表者

内海 淳  東京農業大学, その他部局等, 特命准教授 (70768390)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード常温接合 / 表面活性化 / 酸化アルミ / エネルギー損失分光法(EELS) / 化学結合状態 / 電子構造 / 酸化物 / サファイア / X線光電子分光法(XPS) / 透過電子顕微鏡(TEM) / 酸化膜 / 界面構造 / 表面分析
研究開始時の研究の概要

本研究では、半導体技術の持続的な発展確保に必須となる複数のデバイス同士を集積化し融合する技術への適用を狙い、表面活性化法を用いた常温接合技術を活用して、接合表面の結晶性に着目した絶縁材料間の接合プロセスを検討する。そのため、接合表面の結晶性や微細構造などの分析を行い、接合特性との関係性を検討把握することにより接合機構解明のための基礎データを整備する。

研究実績の概要

熱処理不要な優位性を持つ表面活性化法による常温接合技術は、多くの材料に適用可能だが酸化物系材料は難しい。しかしながら、サファイア同士では強固な接合が確認できており、その接合機構を解明することでさらなる適用材料の拡大が期待でき、今後ニーズ増大が予想される異種材料間接合への展開に向けた基盤技術整備につながる。
初年度ではX線光電子分光法(XPS)によりサファイアウェハ表面における活性化処理後表面の化学結合状態及び組成分析を行い、活性化のための照射ビーム条件との関連性把握を中心に検討した。状態分析からビーム照射により表面の結晶性にダメージ発生が確認され、定量分析から照射後の表面はAl-richであり、シミュレーション結果と定性的な一致が得られた。これらの成果は、Scripta Materialia, Vol. 191 (2021)として発表した。
2年度目では、電子エネルギー損失分光法(EELS)を用いて常温接合によるサファイア間接合界面におけるAlの電子構造解析を中心に検討した。透過電子顕微鏡(TEM)により接合界面には厚さ1nm程度の中間層の存在が確認され、その中間層内のAlのEELSスペクトルはサファイア内のそれとほぼ同様であり、中間層における結晶性は維持されていると考えられる。しかしながら、XPSによる分析結果と同様に中間層におけるAlのEELSスペクトルにおいてもブロード化が確認され、結晶性へのダメージも同時に発生していることを明らかにした。
本年度に関しては、2か月の実施期間の中で、前年度のEELS測定データの詳細な解析を試み、前記中間層におけるAlの配位構造がサファイアにおけるAlのそれとは異なる構造を形成している可能性を示し、前年度得られた結果と合わせ、論文投稿に向けたデータ整理を行った。
以上、本研究により、酸化物系材料の接合技術を確立する上で有用な知見整備ができたと考えられる。今後、本研究で得られた結果を論文等で成果発表する予定である。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (2件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件)

  • [雑誌論文] Surface activated bonding of aluminum oxide films at room temperature2021

    • 著者名/発表者名
      Utsumi Jun、Takigawa Ryo
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 191 ページ: 215-218

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2020.09.005

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bonding of LiNbO3 and Si wafers at room temperature using Si nanolayers2021

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Kaname、Utsumi Jun、Takigawa Ryo
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 号: SC ページ: SCCL14-SCCL14

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abf2d3

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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