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省エネルギーデバイスとして期待されている炭化ケイ素半導体材料に対して、高温アニールを必要とせずにイオン注入と同時にアニール処理を同時に行えるパルスイオン注入の実証実験を行うためには、高純度の大電流パルス重イオンビームが必要であり、それに加えてn型・p型ドーパントの機能を有するイオン種のイオンビームが必要である。本研究では、昨年度までにp型ドーパント用のアルミニウムイオンビーム発生技術として、真空アーク放電を利用した同軸プラズマガンのイオン源を用いたパルスイオンビーム発生技術を開発し、従来技術よりも高純度のパルスアルミニウムイオンビームが得られた。
照射実験に向けて、まずイオン電流の空間分布とビーム発生の再現性のビーム品質を評価した。その結果、ビーム電流の空間分布はある特定の方向(ExBの方向)に強くなる傾向があった。また、ビーム電流の再現性はショットごとのバラツキが大きかった。これはイオン源であるプラズマガンの出力のショットごと再現性が悪いためである。さらに、パルスイオンビームの照射効果を検証するためにガラス基板上に生成されたアモルファスシリコン薄膜にイオンビームを照射した結果、アモルファス薄膜が多結晶化しており、パルスイオンビームによる照射効果を確認した。また、イオン注入に適用させるには更なるビーム純度向上が必要である。このためガス分析装置を使用して残留ガスや電極等の付着ガスによるビーム純度への影響を調べた結果、ビーム純度へ及ぼす影響が大きいことがわかった。今後、電極材料等を変更して吸着ガスの影響を軽減、真空度の改善、さらにはビーム純度を向上させる技術(両極性パルス加速技術)を適用するなどの装置の改良を行う必要がある。
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