表面反応制御用高品質中性ラジカルビームの生成技術の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540381
• Research Institution: Kanazawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 林 啓治 金沢工業大学, 工学部, 助教授 (30281455)
• Keywords: 中性フリーラジカルビーム / 可視CWレーザー光励起 / 負イオンビーム / 表面素過程制御 / 高精度その場観察手法 / 第一原理物性シミュレーション / 化学物理 / ナノデバイスプロセス開発

Research Abstract

PDINIB装置試作機において生成される中性フリーラジカルビームの一層の高フラックス化を図ることを目的に平成14年度に改良を行なったPDINIB装置試作機および中性フリーラジカルビームフラックス高精度測定系(ICD測定系)を用い,平成15年度は,高品質中性フリーラジカルビーム生成・照射実験の条件出しを進めた.とくに,中性フリーラジカルビームを薄膜成長表面に照射する入射角の違いによって成長機構がどのように変わるかの解析に利用するために,multiple-pass photo-deionizer内における空間電場や空間電荷効果などによる負イオンビームの発散に由来した中性フリーラジカルビームの発散を抑えて中性フリーラジカルの運動量の揃った平行ビームを生成することに力を入れた.このために,中性フリーラジカルの,まずビームフラックスの空間プロファイルを精密に計測し,さらに運動量を精密制御する,ノウハウを蓄積した.具体的には,まず,ICD測定系を中性フリーラジカルビームフラツクスの空間プロファイルの測定に応用し,ディテクターの粒子検出部の形状を改良することにより,中性フリーラジカルビームフラツクスの測定感度・精度を落とすことなく,空間分解能を25倍に向上させた.さらに,この改良したICD測定系をモニターとして用い,フィードバックをかけて,負イオンビーム生成系の静電光学系を制御することにより,中性フリーラジカルの運動量の揃った平行ビームの生成を達成した.
また,実験と並行して,中性フリーラジカルビームを材料清浄表面に照射した際の表面反応素過程を,電子相関を考慮した第一原理手法に基づいて適切に理論モデリングし効率的に理論予測するプロセス設計手法,とくに,ハミルトニアンのセグメント展開に基づいて反応機構を理論解析する手法の開発を進め,希薄磁性半導体薄膜のエピタキシャル成長法の開発に実用した.

Research Products

• [Publications] Keiji Hayashi: "What the Sawtooth In Situ Signal Implies about the Surface-Reaction Mechanism for Alternate-Supply OMVPE Growth of ZnSe"Molecular Simulation. (掲載確定).
• [Publications] Keiji Hayashi: "Ab Initio Molecular Orbital Study on Atmosphere-Sensitive Characteristics of Alternate-Supply OMVPE Growth of ZnSe"Solid State Ionics. (掲載確定).
• [Publications] 林 啓治: "準安定凝縮相の作り分けに用いる高品質中性フリーラジカルビームの生成〔招待論文〕"真空. (掲載確定).
• [Publications] 林 啓治: "化学物理的アプローチによるナノデバイス・プロセス開発〔招待論文〕"分子シミュレーション研究会 ニュースレター"アンサンブル". No.23. 10-14 (2003)
• [Publications] Keiji Hayashi: "Comparison of Methods to Measure the Rate of Neutral Free Radical Production by Photo-Deionization of Negative Ion Beams"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B 206C. 403-408 (2003)
• [Publications] Keiji Hayashi: "Predictive Use of Ab Initio MO Methods in PDECB-Based Approach to Low-Temperature Epitaxy of Stoichiometric Group-III Nitrides"Materials Science in Semiconductor Processing. 6・1-3. 159-164 (2003)
• [Publications] Keiji Hayashi: "Ab Initio Molecular Orbital Characterization of Sources for Photo-Assisted Radical Beam Epitaxy of Group-III Nitrides"Computational Materials Science. 27・1-2. 50-57 (2003)
• [Publications] Keiji Hayashi: "How to Sensitively Measure the Rate of Neutral Free Radical Production by Photo-Deionization of Negative Ion Beams"Proceedings of SPIE : Third International Symposium on Laser Precision Microfabrication. vol.4830. 142-146 (2003)
• [Publications] Takuo Kanayama: "Ab Initio Molecular Orbital Characterization of Some Sources for Laser-Assisted Radical Beam Epitaxy of Group-III Nitrides"Proceedings of SPIE : Third International Symposium on Laser Precision Microfabrication. vol.4830. 147-151 (2003)
• [Publications] Takuo Kanayama: "Quantum Chemical Study on PDECB-Based Laser-Assisted Radical-Beam Epitaxy of Group-III Nitrides"Proceedings of the 3rd Asian Pacific Laser Symposium. 614-617 (2003)
• [Publications] 林 啓治: "高品質中性フリーラジカルビームの生成とプロセス応用"平成15年度日本真空協会9月研究例会テキスト. 1-6 (2003)