陽電子の消滅と拡散特性の同時測定によるSi,Ge中の熱平衡欠陥濃度の精密決定

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450005
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 谷川 庄一郎 筑波大学, 物質工学系, 教授 (90011080)
• キーワード: シリコン / ゲルマニウム / 熱平衡欠陥 / 陽電子消滅 / 陽電子の拡散 / FZシリコン / Czシリコン

研究概要

シリコン、ゲルマニウム中の熱平衡欠陥の検出および濃度の精密決定を目的として、陽電子寿命および陽電子拡散特性を温度の関数として測定した。平成9年度に試作した超短パルス単色陽電子ビームおよび既設の直流単色陽電子ビームに、赤外線加熱装置を組み込み、ゲルマニウムでは、300〜1200Kの温度範囲で、シリコンでは、300〜1600Kの温度範囲で測定を行った。ゲルマニウムでは、陽電子消滅特性は、300〜600Kでは、ほとんど一定であったが、600K以上で変化か始まったのに対して、陽電子拡散距離は、300〜600Kの間で大きく減少し、600K以上ではほとんど変化を示さない。シリコンについても、温度は高温側にシフトするものの、全体の傾向は、ゲルマニウムと同様であった。過去の実験では、プロトン照射による^<22>Na内部線源法とペレトロン加速器によるβーγ同時計数法戸手、大きな食い違いがあったが、本研究の結果は後者と一致した。これは、プロトン照射により導入された原子空孔クラスターの成長を前者が観測していることによるものと結論される。本研究結果の精密な解析から、中間温度での小さな変化は、陽電子ー格子カップリングによる自己束縛効果によることが結論づけられた。熱平衡欠陥の情報を得るために、FZ、Cz、水素アニール結晶を使って、酸素濃度を大きく変化させた試料について高温から徐冷後、2次元角相関実験を行ったところ、大きな違いが観測された。適量の酸素を含む試料では、熱平衡空孔濃度が抑制されるの対して、酸素濃度の非常に低い場合には、空孔濃度が増加し、適量の酸素濃度の上下では、酸化物様の領域が形成されていることが発見された。シリコンやゲルマニウムにおける非常に低濃度の熱平衡欠陥の検出には、ドップラー広がり測定や陽電子寿命測定のような平均化された情報では、不正確であり、10^9カウントに達する高精度測定が有効であることが解った。現在、その最後の詰めの実験を行っている。

研究成果

• [文献書誌] T.Kitano: "Annealing properties in BF^+_2-implanted Si" MRS symp.proc.438. 137-142 (1997)
• [文献書誌] M.Watanabe: "Effect of vacancy-type defects on electrical activation of Pt implantation into Si" MRS Symp.proc.438. 131-136 (1997)
• [文献書誌] A.Uedono: "Annealing properties of defects in B^+-and F^+-implanted Si studied using monoenergetic positron beams" Jpn.J.Appl.Phys.36. 2571-2580 (1997)
• [文献書誌] A.Uedono: "Florine-related defects in BF^+_2-implanted Si probed by monoenergetic positron beams" Jpn.J.Appl.Phys.36. 969-974 (1997)
• [文献書誌] S.Tanigawa: "Creation and annealing out mechanism of defects in ion-implanted Si crystals investigated by positron annihilation" MRS symp.proc.470. 287-297 (1997)
• [文献書誌] 森 照明: "対向型陽電子消滅γ線ドップラー拡がり測定装置の製作" Radioisotopes. 47. 623-627 (1998)
• [文献書誌] 谷川 庄一郎(分担): "人工結晶と先端デバイス技術 第4章1節" 三共出版, 210 (1998)