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2017 年度 実績報告書

非線形誘電率顕微鏡法を用いた界面電荷輸送現象における諸問題の起源解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H06360
研究機関東北大学

研究代表者

長 康雄  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40179966)

研究分担者 山末 耕平  東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (70467455)
平永 良臣  東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70436161)
研究期間 (年度) 2016-05-31 – 2021-03-31
キーワード走査型非線形誘電率顕微鏡 / 局所DLTS法 / 超高次SNDM法 / 時間分解SNDM法 / Dit分布観測
研究実績の概要

①H28年度に高度化した超高次非線形誘電率顕微鏡法を適用し太陽電池のパッシベーション膜に捕獲された固定電荷に関して詳細な観測を行うことに成功した.
②MoS2,WSe2等の新規2次元物質の評価解析を新たにPeak force tapping 方式のSNDMを開発することにより,極薄な層状構造半導体を破壊することなく,キャリアタイプと濃度が計測できる事を明らかにした.
③H28年度開発した局所DLTS法をさらに発展させSiO2/SiC界面の浅い準位の界面準位密度の2次元分布を計測した.具体的には新規に低温で計測できる局所DLTS計測装置を開発し,これを用いて浅い準位の界面準位密度計測し,更にエネルギー準位をできるだけ合わせて計測したSNDM像の間に正の相関があることを明らかにした.
④H28年度から開発を続けている,走査型非線形誘電率常磁性共鳴顕微鏡装置(SNDMR)に関する理論的研究を行い,SNDMの高感度性があれば,局所的な電子スピン共鳴を検出できる事を明らかにした.
⑤時間分解走査型非線形誘電率顕微鏡(Tr-SNDM)の開発に成功し,非常に広帯域で高速な静電容量応答が検出可能になった.更にこの手法を局所DLTS法に適用し高分解能な局所DLTSによるSiO2/4H-SiC界面の欠陥分布観察に成功した.
⑥線形誘電率分布計測の行えるdc/dz-SNDM法の開発に成功した.この手法の開発の成功により従来高精度な線形誘電率計測や半導体のドーパント濃度の定量計測が難しかったSNDM法の適用範囲を大幅に広げた.本装置はプローブ顕微鏡メーカで実用化されることが決定し現在実用機の開発が始まろうとしている.

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

年度初頭に計画した研究計画に基づいた成果がほぼ出ていると考えられるから.
具体的には超高次非線形誘電率顕微鏡法を適用し太陽電池のパッシベーション膜に捕獲された固定電荷に関して詳細な観測を行うことに成功し,MoS2,WSe2等の新規2次元物質の評価解析を,極薄な層状構造半導体を破壊することなく行うことに成功した.
また新規に低温で計測できる局所DLTS計測装置を開発しこれを用いてSiO2/SiC界面の浅い準位の界面準位密度計測しこれとSNDM像との間に正の相関があることを明らかにした.
更に全く新規に時間分解走査型非線形誘電率顕微鏡(Tr-SNDM)の開発に成功し,非常に広帯域で高速な静電容量応答が検出可能になった.更にこの手法を局所DLTS法に適用し高分解能な局所DLTS法によるSiO2/4H-SiC界面の欠陥分布観察に成功した.

今後の研究の推進方策

①H29年度高度化した超高次非線形誘電率顕微鏡法を種々の計測対象に適用する.具体的にはPotential Induced Degradation を起こした太陽電池の評価や太陽電池のパッシベーション界面の分析を更に進め太陽電池の性能劣化の原因を明らかにする.
② MoS2,WSe2等の新規2次元層状構造化合物のキャリアタイプの原子層数依存性やバイアス依存性を明らかにする.
③H29年度開発した温度可変局所DLTS法を用いてSiO2/SiC界面の極めて浅い準位の界面準位密度の2次元分布の計測を継続する.更に時間分解SNDM法(Tr-SNDM)法を用いてより高度な計測を行う.具体的には低温で計測できる局所DLTS計測装置の更なる高度化を図り,更に局所DLTS装置の計測周波数帯域も大幅に拡大する事により,できるだけ浅い界面準位密度分布を計測し,SiO2膜中の電荷分布の計測結果と合わせて,取得したデーターを用いたシミュレーションによりS移動度低下の原因を探求する.
④界面準位密度の2次元分布計測に加え,その起源を明らかにするためのSNDM ベースの装置の開発を継続する.
⑤H29年度開発したdC/dz-SNDM法を用い種々の材料の線形誘電率の分布計測を行う.

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 25件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Nanoscale linear permittivity imaging based on scanning nonlinear dielectric microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshiomi Hiranaga, Norimichi Chinone and Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 29 ページ: 205709.1-9

    • DOI

      10.1088/1361-6528/aab3c2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative measurement of active dopant density distribution in phosphorus-implanted monocrystalline silicon solar cell using scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      K. Hirose, K. Tanahashi, H. Takato, and Y. Cho
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 111 ページ: 032101-1-4

    • DOI

      10.1063/1.4994813

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of silicon- and carbon-face SiO2/SiC MOS interface quality based on scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Norimichi Chinone, Alpana Nayak, Ryoji Kosugi, Yasunori Tanaka, Shinsuke Harada, Hajime Okumura, and Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 111 ページ: 061602-1-4

    • DOI

      10.1063/1.4990865

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High resolution characterizations of fine structure of semiconductor device and material using scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 56 ページ: 100101-1-10

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.100101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Local deep level transient spectroscopy using super-higher-order scanning nonlinear dielectric microscopy and its application to imaging two-dimensional distribution of SiO2/SiC interface traps2017

    • 著者名/発表者名
      Norimichi Chinone, and Yasuo Cho
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 122 ページ: 105701-1-9

    • DOI

      10.1063/1.4991739

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic observation of ferroelectric domain switching using scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshiomi Hiranaga, Takanori Mimura, Takao Shimizu, Hiroshi Funakubo and Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 56 ページ: 10PF16-1-7

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.10PF16

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanosecond microscopy of capacitance at SiO2/4H-SiC interfaces by time-resolved scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamagishi, and Y. Cho
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 111 ページ: 163103-1-5

    • DOI

      10.1063/1.4999794

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative thickness measurement of polarity-inverted piezoelectric thin-film layer by scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Odagawa, Koshiro Terada, Yohei Tanaka, Hiroaki Nishikawa, Takahiko Yanagitani, and Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 56 ページ: 10PF18-1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.10PF18

    • 査読あり
  • [学会発表] Nanoscale carrier distribution imaging of layered semiconductor materials using scanning nonlinear dielectric microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yamasue and Y. Cho
    • 学会等名
      PCSI45
    • 国際学会
  • [学会発表] Local deep level transient spectroscopy imaging for MOS interface trap distribution2018

    • 著者名/発表者名
      N. Chinone and Y. Cho
    • 学会等名
      PCSI45
    • 国際学会
  • [学会発表] Charge State Evaluation of Passivation Layers for Silicon Solar Cells by Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kakikawa, Y. Yamagishi, H. Takato, K. Tanahashi and Y. Cho
    • 学会等名
      IRPS2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Local deep level transient spectroscopy for two-dimensional trap distribution in MOS interface using super-higher-order scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Cho
    • 学会等名
      The 20th Microscopy of Semi Conducting Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic Observation of Nanoscale Domain Switching Behaviors in Ferroelectric HfO2 films Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Hiranaga, T. Mimura, T. Shimizu, H. Funakubo and Y. Cho
    • 学会等名
      2017 Joint IEEE ISAF-IWATMD-PFM
    • 国際学会
  • [学会発表] Ferroelectric Probe Data Storage Using HfO2-Based Thin-Film Recording Media2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Hiranaga, T. Mimura, T. Shimizu, H. Funakubo and Y. Cho
    • 学会等名
      2017 Joint IEEE ISAF-IWATMD-PFM
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement Method of Multi-layer Piezoelectric Polarity-inverted Structure Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      H. Odagawa, Y. Tanaka, T. Yanagitani, and Y. Cho
    • 学会等名
      2017 Joint IEEE ISAF-IWATMD-PFM
    • 国際学会
  • [学会発表] Local Deep Level Transient Spectroscopy Imaging on Trap Distribution in SiC MOS Interface Based on Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      N. Chinone, and Y. Cho
    • 学会等名
      The 19th International Scanning Probe Microscopy Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] “Atomic Resolution Imaging of MoS2 by Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      K.Yamasue and Y. Cho
    • 学会等名
      The 19th International Scanning Probe Microscopy Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative Analysis of Active Dopant Distribution and Estimation of Effective Diffusivity in Phosphorus-Implanted Emitter of Si Solar Cell Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Hirose, Katsuto Tanahashi, Hidetaka Takato, and Yasuo Cho
    • 学会等名
      IEEE PVSC-44
    • 国際学会
  • [学会発表] Local deep level transient spectroscopy for two-dimensional MOS interface characterization based on scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      N. Chinone, and Y. Cho
    • 学会等名
      16th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces(icsfi2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Atomic resolution imaging and carrier type determination of Molybdenum disulfide by noncontact scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yamasue and Yasuo Cho
    • 学会等名
      ECOSS 33
    • 国際学会
  • [学会発表] DC bias dependence of local deep level transient spectroscopy signal and quantitative two-dimensional imaging of SiO2/SiC interface trap density2017

    • 著者名/発表者名
      N. Chinone, R. Kosugi, Y. Tanaka, S. Harada, H. Okumura,and Y. Cho
    • 学会等名
      ICSCRM 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of Local Deep Level Transient Spectroscopy for Microscopic Evaluation of SiO2/4H-SiC Interfaces2017

    • 著者名/発表者名
      Yuji Yamagishi and Yasuo Cho
    • 学会等名
      ICSCRM 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] DC bias dependence of local deep level transient spectroscopy spectrum and quantitative two-dimensional imaging of SiO2/SiC interface trap density2017

    • 著者名/発表者名
      N. Chinone, R. Kosugi, S. Harada, Y. Tanaka, H. Okumura,and Y. Cho
    • 学会等名
      ESREF 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Two‐dimensional imaging of MOS interface trap using local deep level transient spectroscopy based on scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      N. Chinone,and Y. Cho
    • 学会等名
      DRIP XVII
    • 国際学会
  • [学会発表] Local Carrier and Charge Distribution Imaging on Molybdenum Disulfide by Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yamasue and Y. Cho
    • 学会等名
      ISSS-8 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Imaging of MOS Interface Trap Distribution using Local Deep Level Transient Spectroscopy Based on Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      N. Chinone,and Y. Cho
    • 学会等名
      AVS 64th International Symposium & Exhibition
    • 国際学会
  • [学会発表] EVALUATION OF EFFECTIVE DIFFUSIVITIES AND THREE-DIMENSIONAL SIMULATION OF CARRIER DISTRIBUTION IN PHOSPHORUS-IMPLANTED EMITTER OF SI SOLAR CELL USING SCANNING NONLINEAR DIELECTRIC MICROSCOPY2017

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Hirose, Katsuto Tanahashi, Hidetaka Takato, and Yasuo Cho
    • 学会等名
      PVSEC-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative Measurement of Active Dopant Density Distribution and Evaluation of Effective Diffusivities in Phosphorus-Implanted Monocrystalline Silicon Solar Cell Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Hirose, Katsuto Tanahashi, Hidetaka Takato, and Yasuo Cho
    • 学会等名
      2017 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative Imaging of SiO2/SiC Interface Trap Density Using Local Deep Level Transient Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Norimichi Chinone, Ryoji Kosugi, Yasunori Tanaka, Shinsuke Harada, Hajime Okumura, Yasuo Cho
    • 学会等名
      2017 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative imaging of MOS interface trap using local deep level transient spectroscopy based on scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      N. Chinone,and Y. Cho
    • 学会等名
      48th IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Local evaluation of Al2O3 passivation layers crystalline silicon solar cells by super-higher-order scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      K. Kakikawa, Y. Yamagishi, H. Takato, K. Tanahashi and Y. Cho
    • 学会等名
      ICSPM25
    • 国際学会
  • [学会発表] Local Carrier Distribution Imaging of Two-Dimensional Semiconductors by Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yamasue and Y. Cho
    • 学会等名
      ICSPM25
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of Traps at SiO2/SiC Interfaces near the Conduction Band by Local Deep Level Transient Spectroscopy at Low Temperatures2017

    • 著者名/発表者名
      T. Abe, Y. Yamagishi and Y. Cho
    • 学会等名
      ICSPM25
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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