| 研究概要 |
基板上に堆積した電子デバイス用薄膜の熱物性値(熱容量,熱伝導率,熱拡散率)はデバイスの設計,残留応力やデバイスの経時変化の解析,デバイス特性の適正化に重要な定数である。しかし,厚さ1μm程度の薄膜に対する熱物性値測定法の確立は新デバイス開発のためのキ-テクノロジーとされながら,現状ではまだ測定手段が確立せず模索の状態にある。我々は,新しい光音響分光法(PAS)を開発・改良して感度・精度を上げる研究をしてきたが,従来のように厚さ方向だけの情報から薄膜の物物性値を求めることは,(1)熱拡散長が膜厚の数100倍となり,測定精度が上がらない。(2)物理定数の決定にはトランスジューサ,基板,試料および空隙も熱抵抗として考慮しなければならず,解析が繁雑,などの欠点があり高精度測定は不可能であった。
本研究の特色は薄膜表面に沿って横方向に伝搬する熱を,電極を分割した焦電トランスジューサ法PASで感度良く検出する新しい方法を開発した点にある。焦電センサに付けた透明電極を,電極を付けない部分で分割し,電極間を光ビームで走査し,そこを伝搬する信号の振幅差から熱の減衰定数を,位相差から伝搬速度が求め,熱伝導率,熱拡散率を算出することを目的としている。
透明トランスジューサとしてz-cutのLiNbO_3の焦電効果を利用する。熱は試料中を一方向に伝搬すると仮定し,ガウス分布の励起光が吸収された領域を熱源とする拡散方程式を解き試料中の温度分布を求めた。実験は厚さ約500μmのn-Siを用い変調周波数3Hz〜3KHzの範囲で行った。電極間の発生した電圧の周波数特性は理論的予測と同様な変化を示すが,その実験値は理論的予想より1桁以上大きい。今,物性値測定には理論と実験の一致が必要なので,測定法の改善と理論的モデルの改善の両面から更なる一致を目指す。
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