実環境下の損傷敏感試料に微細領域の動態観測技術をもたらす半導体電子ビーム源

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00666
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 西谷 智博 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 客員准教授 (40391320)
• 研究分担者: 目黒 多加志 東京理科大学, 理学部第二部物理学科, 教授 (20182149) ; 洗平 昌晃 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (20537427) ; 成田 哲博 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (30360613) ; 本田 善央 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60362274) ; 石川 史太郎 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (60456994) ; 田渕 雅夫 名古屋大学, シンクロトロン光研究センター, 教授 (90222124) ; 市川 修平 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 助教 (50803673)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 窒化ガリウム半導体 / AlGaAs半導体 / 電子ビーム / 負電子親和力表面

研究実績の概要

本研究の最終目的である“電子線による損傷が制御され、ドリフトやブラウン運動が原因の像ブレを解消し、ナノ秒領域までの試料の動態や反応の時間分解能までの観測が可能なフォトカソード電子ビーム技術の実現“に向けた2021年度の実施研究は、次の通り2020年度に見いだした半導体材料の課題の解決と共にパルス電子ビーム生成の目標最短のパルス幅（100ns）や検出器に対する変調と同期システムを整備した。
2020年に新たな課題として、半導体フォトカソードの量子効率が励起パワーの高密度化により低下していく効果を捉えた。この解決策として、半導体表面のポテンシャル構造とp型ドーピング層の条件に着目した半導体を作成し、設計と評価測定とのフィードバックにより課題の解決条件見いだした。InGaN半導体材料に対して、表面から10nmの深さまで5x10-8cm-3の高p型ドーピング化することで、量子効率低下効果を従来比で２倍抑制することに成功した。更に、このInGaN半導体を用いたフォトカソードからの電子ビーム生成で1000 A/cm2（放出サイズ2μm, 放出電流200μA）の電流密度を達成した。また、パルス電子ビーム生成時に100 ns ~ 1 msまでのパルス構造の変調と計測系との同期システムを開発し、最短で7 nsのパルス幅のパルス電子ビームにも成功した。本年度の実施研究により、申請時に挙げた設定目標を全て達成し、電子線による損傷が制御され、ドリフトやブラウン運動が原因の像ブレを解消し、ナノ秒領域までの試料の動態や反応の時間分解能までの観測が可能なフォトカソード電子ビーム技術を実現した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Multiple electron beam generation from InGaN photocathode (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Daiki、Shikano Haruka、Koizumi Atsushi、Nishitani Tomohiro、Honda Yoshio、Amano Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology B 巻: 39 ページ: 062209～062209
  • DOI: 10.1116/6.0001272
  • 査読あり
• [雑誌論文] AlGaAs/GaAs superlattice photocathode grown by molecular beam epitaxy: correspondence between room temperature photoluminescence and quantum efficiency (2021)
  • 著者名/発表者名: Morita Iori、Ishikawa Fumitaro、Honda Anna、Sato Daiki、Koizumi Atsushi、Nishitani Tomohiro、Tabuchi Masao
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 60 ページ: SBBK02～SBBK02
  • DOI: 10.35848/1347-4065/abd6e0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Pulsed TEM Equipped with Nitride Semiconductor Photocathode for High-Speed Observation and Material Nanofabrication (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuda Hidehiro、Nishitani Tomohiro、Ichikawa Shuhei、Hatanaka Shuhei、Honda Yoshio、Amano Hiroshi
  • 雑誌名: Quantum Beam Science 巻: 5 ページ: 5～5
  • DOI: 10.3390/qubs5010005
  • 査読あり
• [学会発表] Pulsed electron microscopes using photoelectron beam from GaN semiconductor photocathodes (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Nishitani,A. Narita, H. Iijima, A. Koizumi, D. Sato, S. Noda, Y. Arakawa, H. Shikano, Y. Honda and H. Amano
  • 学会等名: The 9th International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications (LEDIA 2022)
  • 招待講演
• [学会発表] Selective scanning electron microscope by photo electron beam from GaN semiconductor photocathode (2021)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: NANOTS学会 電子線応用技術研究会・先端計測技術研究会
  • 招待講演
• [学会発表] GaN半導体による光電子ビームで切り拓く微細観測の未踏領域 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: JPC関西オンラインセミナー「未来を創造するGaN半導体～社会実装への挑戦～」
  • 招待講演
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡による細胞骨格構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 成田哲博
  • 学会等名: 第6回TRSシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質を見る方法 -クライオ法、負染色法からの情報抽出- (2021)
  • 著者名/発表者名: 成田哲博
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会ソフトマテリアル研究会講演会 オンライン
  • 招待講演
• [学会発表] Impact of As2 pressure on the molecular beam epitaxial growth of AlGaAs superlattice at temperature over 700℃ (2021)
  • 著者名/発表者名: Reiji Suzuki, Iori Morita, Fumitaro Ishikawa, Anna Honda, Daiki Sato, Atsushi Koizumi, Tomihiro Nishitani, Masao Tabuchi
  • 学会等名: 21st International Conference on Molcular Beam Epitaxy (ICMBE 2021), September 6-9, ONLINE
• [学会発表] As2を利用した700℃以上成長温度でのフォトカソード構造AlGaAs/GaAs超格子MBE成長 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 玲士, 石川 史太郎, 本田 杏奈, 佐藤 大樹, 小泉 淳, 西谷 智博, 田渕 雅夫
  • 学会等名: 第82回 応用物理学会秋季学術講演会, 2021年9月12日, オンライン開催