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2023 年度 実績報告書

軽元素制御による高機能な準安定シリコン系多元混晶材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 20H00303
研究機関名古屋大学

研究代表者

宇佐美 徳隆  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20262107)

研究分担者 大山 研司  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (60241569)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード多元混晶 / 軽元素 / 局所構造 / 白色中性子ホログラフィー
研究実績の概要

本研究では、シリコン系半導体において、多元素化と準安定相の実現により、飛躍的な高性能・高機能化が見込まれるシリコンゲルマニウムスズ混晶に着目し、固溶限界を超えるスズ組成を実現する非平衡成長技術の開発と、機能発現の鍵となるドーパントや欠陥終端のための水素などの軽元素局所構造の観測手法の確立を目指している。
成長技術開発に関する研究では、前年度までに、アルミニウムとゲルマニウムの合金粒子を含むペーストのシリコン基板上への印刷と短パルスレーザアニールによるシリコンゲルマニウム混晶薄膜の成長実験を実施した。その結果として得られた非平衡成長のプロセス設計指針に基づき、今年度は、ゲルマニウム基板上に固溶限界を超えるスズを含むゲルマニウムスズ混晶薄膜の成長を試みた。レーザ照射条件を変化させた試料を1枚の基板上に形成し評価を行うハイスループット実験を実施した結果、適切なレーザ照射条件では、薄膜成長を示唆する明瞭な体積増加を観測した。成長した試料の顕微ラマンスペクトルでは、ゲルマニウムスズの形成を示唆する明瞭なピークシフトが観測された。さらに、エックス線逆格子マッピングにより、平衡固溶限を超える10%程度のスズが固溶したエピタキシャル膜が形成されたことが実証された。
併行して、本研究課題で構築した多検出器系を用いてパラジウム水素化合物を対象とした中性子ホログラフィー実験を、異なる条件で2回実施した。その結果、類似した原子像が得られた。原子像は測定ホログラムのフーリエ変換で得られるが、その実部、虚部を詳細に理論値と比較することで、水素が観測できている可能性が高いことを示すことができた。
このような多元素準安定材料の創成技術と軽元素局所構造の観測手法を連携させることで、非平衡組織や準安定相を含む未踏物質における構造と機能の関係の解明につながることが期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Development of instruments for imaging of local magnetic structure by magnetic neutron holography2024

    • 著者名/発表者名
      Kanno Tomoya、Ohoyama Kenji、Nakada Hajime、Fukui Yuto、Yamakawa Kota、Hoshi Shota、Takano Motoki、Kobayashi Yodai、Tomimatsu Yuka、Takahashi Shingo、Oku Takayuki、Okudaira Takuya、Kobayashi Ryuju、Takada Shusuke、Harada Masahide、Oikawa Kenichi、Inamura Yasuhiro、Shishido Toetsu、Sato Keisuke、Hayashi Kouichi
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 1064 ページ: 169349-169349

    • DOI

      10.1016/j.nima.2024.169349

    • 査読あり
  • [学会発表] Crystal growth of group IV mixed crystal thin films using screen-printing and pulse laser annealing2024

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, S. Suzuki, H. Minamiyama, M. Dhamrin, S. Miyamoto, N. Usami
    • 学会等名
      2024 Korea-Japan PV Joint Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] 印刷とパルスレーザーアニールによるSi基板上へのSiGe薄膜成長2024

    • 著者名/発表者名
      佐藤剛志, 宮本聡, 鈴木紹太, 南山偉明, ダムリン マルワン, 宇佐美徳隆
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 印刷とパルスレーザーアニールによるGe基板上へのGeSn薄膜成長2024

    • 著者名/発表者名
      佐藤剛志, 宮本聡, 鈴木紹太, 南山偉明, ダムリン マルワン, 宇佐美徳隆
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] SiGe epitaxial growth via pulsed laser annealing of Al-Ge pastes on Si2023

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, S. Miyamoto, L. Xuan, S. Suzuki, M. Dhamrin, N. Usami
    • 学会等名
      International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE20)
    • 国際学会
  • [学会発表] A challenge of observing hydrogen atoms in metals using white neutron holography2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Tomimatsu, Y. Kobayashi, K. Aizawa, S. Kawakami, K. Abe, T. Kuroume, M. Takita, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, S. Ajito, E. Akiyama, S. Orimo, K. Hayashi, K. Ohoyama
    • 学会等名
      8th International Symposium of Quantum Beam Science at Ibaraki University (ISQBS2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Neutron scattering technique with element selectivity for study of hyper-ordered structures of light elements2023

    • 著者名/発表者名
      K. Ohoyama, Y. Kobayashi, Y. Tomimatsu, K. Aizawa, S. Kawakami, K. Abe, T. Kuroume, M. Takita, M. Harada, Y. Inamura, K. Oikawa, N. Happo, K. Hayashi
    • 学会等名
      MRM2023/IUMRS-ICA2023 Grand Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] A challenge of observing hydrogen atoms in metals using white neutron holography2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Tomimatsu, Y. Kobayashi, K. Aizawa, S. Kawakami, K. Abe, T. Kuroume, M. Takita, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, S. Ajito, E. Akiyama, S. Orimo, K. Hayashi, K. Ohoyama
    • 学会等名
      MRM2023/IUMRS-ICA2023 Grand Meeting
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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