| 研究課題/領域番号 |
17560590
|
|---|
| 研究機関 | 東北大学 |
|---|
研究代表者 |
粕壁 善隆 東北大学, 国際交流センター, 教授 (30194749)
|
|---|
| 研究分担者 |
山村 力 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80005363)
粕谷 厚生 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 教授 (10005986)
須藤 彰三 東北大学, 大学院理学研究科, 教授 (40171277)
|
|---|
| キーワード | 不定比化合物 / 窒化物 / 機能性材料 / イオン注入 / その場観察 / 透過電子顕微鏡 / 電子エネルギー損失分光 / 分子軌道計算 |
|---|
| 研究概要 |
不定比化合物であるチタン窒化物(TiN)を次世代のデバイスに応用するには、組成とともに変わるチタンと配位子との結合状態を明らかにし制御する必要がある。本研究では、反射高速電子回折法によりその場観察のできる超高真空装置中で膜厚100nmのTi薄膜を作製し、その薄膜に窒素イオン(62keVのN_<2^+>)を注入して、窒化チタン薄膜の成長過程をオージェ電子分光法、電子エネルギー損失分光法、透過電子顕微鏡法などを用いて明らかにした。Tiを蒸着した薄膜にはhcp-Tiの他にTiH_xがhcp-Tiの局所的な原子配列と密接な関係を持って成長していた。TiH_xの窒化ではfcc-Ti副格子の四面体位置の水素が脱離し、fcc-Ti副格子の八面体位置に侵入した窒素がTiと結合してTiN_yが成長した。水素の脱離は、Ti3dとH1s軌道の混成した価電子帯の電子密度を減少させ、プラズモンによる損失ピークの低エネルギー側へのシフトをもたらした。hcp-Tiの窒化では、hcp-Ti格子の2つの(00・1)面間の局所的な原子配列を引き継ぎながら、隣接する(00・1)面間のTi原子の八面体位置に窒素が侵入することで誘起される原子移動を伴って起こることが分った。プラズモンによる電子エネルギー損失を評価した結果、Ti3dとN2p軌道の混成した価電子帯の電子密度が注入量の増大に伴い増加することが分った。また、クラスターモデルの分子軌道計算により、Tiの窒化とともにTi-Tiの結合が急激に弱まり新たに強いTi-N結合ができることが分った。これらの結果から、イオン注入過程で起こる侵入原子と母格子との化学結合性の相互作用により母格子の原子配列と密接な関係を保ちながら誘起されるエピタキシャル変態過程を、原子レベルで制御することで、これまでは合成が困難であったバンドギャップ制御型機能性シリコン・チタン窒化物薄膜等が創製できるようになると期待される。
|
