| 研究課題/領域番号 |
20H02638
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
Lee HeunTae 大阪大学, 工学研究科, 講師 (90643297)
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| 研究分担者 |
伊庭野 健造 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80647470)
長久保 白 大阪大学, 工学研究科, 助教 (70751113)
Dino Wilson 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60379146)
佐藤 仁 広島大学, 放射光科学研究センター, 准教授 (90243550)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | ベータタングステン / 薄膜 / スパッタリング / プラズマ / 弾性定数 / 光電子分光 / 第一原理計算 |
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| 研究実績の概要 |
令和2年度は粒子の挙動、不純物、欠損がスパッタ法により製膜されたベータタングステン(β-W)薄膜の機械的電子的特性に及ぼす影響を調査した。研究実績は以下の通りである。
１）成膜中のタングステン(W)中性粒子源の理解のため、アルゴンプラズマ中のWスパッタと、W表面の結晶方位依存性を明らかにした。(111)方位と比較して(110)方位ではスパッタリング効率が20%向上したことが確認された。２）製膜中のW中性粒子速度計測のため、新たにレーザー誘起蛍光法と吸収系を設計し、準備した。ロックイン検出法、10pm精度のマイケルソン波長計を構築し、適切な検出のために真空系を改良した。３）Wの安定な構造と状態密度を、収束判定からの最適パラメータを用いて第一原理計算(DFT)により計算した。アルファおよびベータタングステンの平衡格子定数はそれぞれ3.18, 5.07オングストロームであった。アルファタングステンと比較してベータタングステンの総状態密度の増加およびフェルミレベル付近のシフトが見つかった。これは実験的な光電子分光による価電子帯では観測されなかった現象である。４）ベータタングステン薄膜を様々な成膜条件で成膜し、X線回折法により結晶構造を求めた。β-Wの結晶構造はシリコン基板(111または110)に対して独立であり、その間摂氏400度近くでA15からbcc(体心立方格子構造)への相転移が起こった。デポジション条件を微調整することで格子定数が5.073±0.001オングストロームの"x-ray pure"β-W薄膜が製膜された。これはDFT計算と良い一致を示した。５）β-W薄膜中の水素不純物は10%までの縦方向の弾性定数(C33)の減少につながった。これは強い非結合効果を示唆する。DFT計算はこのような効果の要因となる系中の格子膨張が水素不純物によって引き起こされることを示した。
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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
以下の点で当初の想定通り、計画が進んでいるため、上記のように進捗状況を判断した。
○スパッタ中のタングステン粒子特性を理解することで成膜中の粒子挙動の影響を明らかにした。また新たなレーザー誘起蛍光法と吸収システムのために光学系、機械系、電気系を構築した。○アルファおよびベータタングステンの差異に関する、電子特性を支配する状態密度を含む理論的理解をした。○高品質なベータタングステン薄膜の製膜制御に成功し、製膜パラメータ(圧力、ガス種、基板材料、温度)による結晶構造への影響を理解した。○水素不純物の影響と、孔子膨張効果による機械特性への影響を理解した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の方針としては、以下の様に考えている。
１）本年度に構築したレーザー誘起蛍光法のシステムを引き続き構築し、成膜時のタングステン中性粒子速度分布のその場計測を目指す。２）本年度実験により観測されたベータタングステン弾性定数の減少を理解するために更なる解析と新しいDFT計算を行う。３）結晶構造、弾性特性、状態密度への酸素やヘリウムといった他の不純物の影響を理解するため実験とDFT計算を行う。
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