| 研究課題/領域番号 |
20J21517
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
遠山 慧子 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| キーワード | 走査透過電子顕微鏡 / 電磁場観察 / 半導体 / デバイス / 二次元電子ガス |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、走査透過電子顕微鏡(STEM)を用いた電磁場イメージング手法(DPC STEM法)を開発および応用を行なっている。それらにより、材料内部の電磁場、電荷キャリアの空間分布から特性発現メカニズムの解明を目指している。走査透過電子顕微鏡は細く絞った電子線を試料上で走査し、投下した電子を検出することで試料内部情報を得る手法である。DPC STEM法では透過電子が試料内部電磁場によって偏向される現象を捉えることで局所電磁場の可視化、定量化を行う。現在、電子線はナノメートルから原子分解能以下にまで細く絞ることが可能であり、非常に高い空間分解能での観察が実現している。
そこで本研究が目的としているのは、デバイス特性への内部電磁場およびキャリアの影響を明らかにすることである。近年、情報化社会、低エネルギー社会を目指して、デバイスの微細化が著しく進展している。そのようなデバイス内部では、原子スケールで制御された構造およびそれに伴う内部電磁場、キャリア挙動の制御が、動作速度や、信頼性、低エネルギー性能などの特性発現に極めて重要な役割を担っている。よってそれらを直接観察する手法が確立されることで、デバイスの研究開発に大きなインパクトを持つと考えられる。以上から当該年度では、窒化ガリウム系半導体を対象とし、デバイス内部の電場およびヘテロ界面に現れる二次元電子キャリアの可視化定量化手法の開発を行なった。窒化ガリウム系半導体は光デバイスや電子デバイスとして広く用いられている重要な材料系である。デバイスとして用いられる場合は組成を変化させた界面であるヘテロ接合を基本とする。しかしながらヘテロ接合では試料歪みなどの結晶性の変化が本質的に存在し、それが電磁場観察の障壁となっていた。そこでその影響を取り除く手法を開発し、光デバイスや電子デバイスの電場分布を定量化することに成功した。
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| 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
当該年度では、GaN系半導体ヘテロ接合中の電場およびキャリアの局所定量観察手法の開発を行なった。その結果、ヘテロ接合界面にからナノメートルスケールの範囲に二次元的に存在すると言われる電子キャリアを直接かつ定量的に観察することに成功した。本成果は半導体デバイスの解析手法として大きな発展につながると考えられ、本研究課題は概ね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、これまでの研究で得られた開発手法を異なる系に応用していく。現在計画しているのは、半導体電極界面のバンド変化の観察や、酸化物粒界中の電荷キャリアの観察である。
得られた知見に関しては学会発表および、論文投稿を積極的に行なっていく予定である。
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