異常散乱放射光マイクロ回折による混晶薄膜局所領域組成および歪みの独立決定法の開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H03913
• 研究機関: 公益財団法人高輝度光科学研究センター
• 研究代表者: 木村 滋 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主席研究員 (50360821)
• 研究分担者: 今井 康彦 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 副主幹研究員 (30416375)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 放射光 / X線回折 / 異常散乱 / 半導体物性

研究実績の概要

本研究ではGe 原子の吸収端(11.103keV)およびその近傍のエネルギー(例えば11.000keV)のＸ線を用い, 両者のブラッグ反射プロファイルを比較することにより歪緩和SiGe層薄膜内の歪,組成を求めることを目的としている．
Ge吸収端近傍において，Siの異常散乱因子はほとんど変化しないのに対して，Geの異常散乱因子が大きく変化する．回折強度は，|f0+f1-if2|の二乗（f0は原子散乱因子で波長に依存しない）に比例するため，異常散乱の回折強度への寄与が歪緩和SiGe層のGe組成に直接関係する．このため，回折強度を精密に測定することにより，歪緩和SiGe層の組成を正確に決定することが可能となる．
本測定のキーポイントは，回折強度を精密に測定することである．そのため，H28年度の設備備品費でハイブリッドピクセル検出器（ASI社製Timepix STPX-65k）を導入し，SPring-8 BL13XUで申請者らが開発を進めてきた高分解能マイクロＸ線回折装置に組み込んで，実際に測定可能であることを確認した．この検出器は55 μm×55 μmの空間分解能で，120フレーム/秒，13 bitでの読み込みができるため，回折強度を高計数で測定することができる．本検出器と高輝度な放射光マイクロビームを利用することで，1秒間の計測で約100万カウントの計測が可能となり，統計誤差0.1%の精度で回折強度を測定することが可能となった．
更に，浜松ホトニクス製高感度X線sCMOSカメラ C12849-102Uも導入し，性能の比較検討も実施し，回折強度が強い場合にはsCMOSカメラが有効であることが分かった．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究開発を実施する重要な設備として導入するハイブリッドピクセル検出器の納入に予想以上の時間がかかり，充分に調整の時間がとれなかった．そのため，予定していたフィージビリティ・スタディについて，一部しか出来なかった．

今後の研究の推進方策

H28年度の整備で測定システムは整ったので，H29年度は遅れを取り戻すべく，フィージビリティ・スタディを実施しながら，目的の測定も実施する．これにより，当初計画に追いつける予定である．

研究成果

• [雑誌論文] High-resolution Micro- and Nano-beam Diffraction System at BL13XU of the SPring-8 (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kimura, Yasuhiko Imai
  • 雑誌名: Material Structure in Chemistry, Biology, Physics and Technology 巻: Vol. 23, No. 3 ページ: 317-317
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] High-resolution Micro- and Nano-beam Diffraction System at BL13XU of the SPring-8 (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kimura, Yasuhiko Imai
  • 学会等名: 13th Biennial Conference on High-Resolution X-Ray Diffraction and Imaging
  • 発表場所: ブルノ（チェコ）
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-08
  • 国際学会
• [備考] 利用研究促進部門 メンバー（木村 滋）ホームページ
  • URL: http://rud.spring8.or.jp/member/0004124.html