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2017 年度 実績報告書

ナノSi結晶とワイドギャップ半導体の複合化プロセスの開発とデバイス提案

研究課題

研究課題/領域番号 16H04327
研究機関山梨大学

研究代表者

近藤 英一  山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (70304871)

研究分担者 Bernard Gelloz  名古屋大学, 工学研究科(国際), その他 (40343157)
金 蓮花  山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40384656)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードポーラスシリコン / 超臨界流体
研究実績の概要

本プロジェクトでは超臨界流体のもつ超浸透性を利用して、ポーラスシリコン(PS)層のナノ・マイクロ細孔にワイドギャップ半導体を充填し、複合化を行なって高発光効率デバイス 開発を目指すものである。
本年度はポーラスシリコン(PS)層にZnOを充填したナノコンポジット材料の作製の条件について検討を行った。フローチャンネル型の超臨界流体中反応装置を用いて、原料にZn (MOPD)(液体)を用いPS試料とともにCO2を供給して容器を熱し,さらにO2を添加し10~20MPa,150~250℃で10~60 分処理した。処理中の細孔内や試料表面への原料吸着・浸透を評価するため、SiO2、Si、ナノポーラスSiO2系薄膜を用いてin-situエリプソメトリを行った。In-situエリプソメトリではΔ、Ψの2つ偏光パラメータのスペクトルを取得した。ΔとΨは試料表面の屈折率などによって敏感に変化する。
加熱高圧容器を用いるため、昇温、昇圧下で窓が測定に及ぼす影響をまず調査した。次に、原料の希釈溶媒であるアセトンの影響を調査した。これらの影響に基づき補正を行って上記三種類の薄膜の処理を行ったところ、ナノポーラスSiO2膜の場合のみスペクトルの変化が見られ吸着を観測できることが分かった。つまり、細孔内に原料が吸着していた。スペクトル変化から特に80℃以上でこの吸着が起きたと判断できた。この条件下で、市販のトレンチ&ホールSiO2ないしSi微細構造をもつ試料上へ堆積を行ない充填に成功した。さらに、PS試料を用いて良好な充填を確認することができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初計画では、H29年度(以降)にPS-ZnOコンポジットを作製することになっていた。本年度は実際に作成を行いPS細孔内へのZnO充填を確認でき、コンポジット作成に成功した。実用開発を意識したフローチャンネル型の装置を用いて堆積ができたことは当初計画通りである。充填特性を評価改善するための成膜原料の細孔内への吸着・浸透評価は前年度(H28年度)の主要課題であった。前年度は成膜プロセス開発に注力し、吸着評価はH29年度に行った。In-situエリプソメトリという表面を選択的に検出できる手法を適用、温度圧力や添加剤の影響を補正して、ごく微量の原料吸着とプロセスの対応を図ることができた。さらにはコンポジット作成条件の最適化へ適用できた。

今後の研究の推進方策

前年度に引き続き、PS 層にZnOを充填したナノコンポジット材料の作製を行うとともに、本年度は導電性電極を用いたデバイス作製とその評価を行う。
1.ZnOの埋め込み性向上を行う。前年度のエリプソメトリ吸着評価に基づき、埋め込み量が向上する温度、濃度、圧力条件を見出す。またp-Siの作製条件を変え、ZnO埋め込みにおよぼす伝導型や細孔径依存性を検討する。大径の場合にはコンフォーマル成膜でもよい。
2.本デバイスのZnOは電極として利用するので導電化を試みる。広く用いられているAlドープは超臨界CO2流体中堆積法では利用が困難であるので、文献でドーパントとして実績の報告がありかつ本法で利用が可能な、Cu、Ni、Feを試みる。それぞれの有機金属錯体とZnOプリカーサを混合し、各ドーパント仕込み量と膜伝導性、透明性を評価する。さらに、pSi埋め込みに適用する。
3.発光デバイスの作製は前年度に引き続き行いその方法は同じである。すなわち、まずPS裏面をAl電極等でメタライズし表面ZnO電極側(必要に応じAu電極形成)との間のnSi/ZnO構造のI-V 特性を評価する。発光有無と波長は光電子増倍管を用いた分光分析により確認する。今年度は埋め込み性、pSi伝導型、細孔径、pSi酸化の程度などとの対応を図る。電気的・光学的特性評価をフィードバックし、最適なプロセス方法を実現する

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Polarization characteristics of diffraction scattering from metal rough surface2017

    • 著者名/発表者名
      Jin Lianhua、Taguchi Takuma、Kondoh Eiichi、Gelloz Bernard
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 421 ページ: 565~570

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.10.142

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DENSITY EVALUATION OF SUB-100 nm PARTICLES BY USING ELLIPSOMETRY2017

    • 著者名/発表者名
      Eiichi Kondoh Katsuya Suzuki Satomi Hamada Shohei Shima Hirokuni Hiyama
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference of Planarization/CMP Technology

      巻: None ページ: 60-64

  • [雑誌論文] Extracting calibrated parameters from imaging ellipsometric measurement2017

    • 著者名/発表者名
      Jin Lianhua、Tanaka Takumi、Kondoh Eiichi、Gelloz Bernard、Uehara Makoto
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 116602~116602

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.56.116602

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 各種金属酸化物のCu/ガラス密着向上層としての利用2017

    • 著者名/発表者名
      林 知里 渡邉 満洋 近藤 英一
    • 雑誌名

      表面技術

      巻: 68 ページ: 723-726

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structures of Cu surfaces developing in benzotriazole solutions: Effect of pH2017

    • 著者名/発表者名
      Kondoh Eiichi、Kawakami Tatsuya、Watanabe Mitsuhiro、Jin Linhua、Hamada Satomi、Shima Shohei、Hiyama Hirokuni
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 07KH01~07KH01

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.56.07KH01

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Removal of organic template of mesoporous organosilicate thin films using supercritical carbon dioxide fluids2017

    • 著者名/発表者名
      Kondoh Eiichi、Segawa Koki、Watanabe Mitsuhiro、Jin Lianhua、Zhang Liping、Baklanov Mikhail R.
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 07KF02~07KF02

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.56.07KF02

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 光伝導を利用したHF溶液中でのポーラスシリコンナノ構造のフォトエッチング観測2018

    • 著者名/発表者名
      ジェローズ ベルナール,不破 弘樹,近藤 英一,金 蓮花
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 超臨界CO2流体中での薄膜堆積2018

    • 著者名/発表者名
      近藤英一
    • 学会等名
      電気化学会第85回大会 シンポジウムS19. 電子材料及びナノ機能素子技術
    • 招待講演
  • [学会発表] 分光エリプソメトリー計測の勘所とin-situ計測応用2018

    • 著者名/発表者名
      近藤英一
    • 学会等名
      ORIST技術情報セミナー(和泉センター) 第 2 回分光エリプソメーター活用セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 分光エリプソメトリーによるsub 100-nm粒子の検出と粒子密度評価2018

    • 著者名/発表者名
      近藤英一
    • 学会等名
      プレナリゼーションCMPとその応用技術専門委員会(精密工学会)第163回研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 半導体・MEMSのための超臨界CO2流体2017

    • 著者名/発表者名
      近藤英一
    • 学会等名
      CVD研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Early stages of layer formation on Cu in benzotriazole-hydrogen (BTA-H2O2) solutions2017

    • 著者名/発表者名
      Koki Segawa Eiichi Kondoh Satomi Hamada Shohei Shima Hirokuni Hiyama
    • 学会等名
      Advanced Metallization Conference plus 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel Pt etching using hexafluoroacetlyacetone2017

    • 著者名/発表者名
      E. Kondoh Y. Ogihara
    • 学会等名
      Advanced Metallization Conference plus 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] INKJET PARTICLE-SPIKING OF WAFER SURFACES AND EVALUATION OF PARTICLE DENSITY WITH ELLIPSOMETRY2017

    • 著者名/発表者名
      E. Kondoh, K. Suzuki, L. Jin, S. Hamada, S. Shima, and H. Hiyama
    • 学会等名
      International Conference on Planariation/CMP Technology
    • 国際学会
  • [学会発表] エリプソメトリ法によるSi基板表面の微粒子計測 ―インクジェット装置による粒子付着とエリプソメトリ計測―2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木雄也 近藤英一 濵田聡美 嶋 昇平 檜山 浩國
    • 学会等名
      精密工学会 2017年度秋季大会
  • [学会発表] マイクロ流通セルを用いたBTA-H2O2混合溶液中におけるCu表面のその場分光エリプソメトリ解析2017

    • 著者名/発表者名
      瀬川紘幹 近藤英一 濵田聡美 嶋昇平 檜山浩國
    • 学会等名
      精密工学学会 2017年度秋季大会
  • [学会発表] 各種金属酸化物のCu/ガラス界面密着層としての利用の試み2017

    • 著者名/発表者名
      林 知里 渡邉 満洋 近藤 英一
    • 学会等名
      表面技術協会第136回講演大会
  • [学会発表] HexafluoroacetylacetoneによるPtエッチング2017

    • 著者名/発表者名
      近藤英一 萩原佑太
    • 学会等名
      表面技術協会第136回講演大会
  • [学会発表] Photo-Assisted Dissolution of Porous Silicon Nanostructures in HF Solutions Monitored by Photoconduction2017

    • 著者名/発表者名
      Bernard Gelloz, Hiroki Fuwa, Eiichi Kondoh, and Lianhua Jin
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 国際学会
  • [学会発表] Etching of Transition Metals (Co, Ni, Fe, Pt) Using Supercritical Fluids2017

    • 著者名/発表者名
      E. Kondoh
    • 学会等名
      Materials Research Society 2017 Spring Meetings

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公開日: 2018-12-17  

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