高エネルギー光電子分光法開発と高誘電率膜/シリコン界面の化学結合状態分析への応用

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206006
• Research Institution: Musashi Institute of Technology
• Principal Investigator: 服部 健雄 武蔵工業大学, 名誉教授 (10061516)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩井 洋 東京工業大学, フロンテイア創造共同研究センター, 教授 (40313358) ; 大見 俊一郎 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (30282859) ; 小林 啓介 高輝度光科学研究センター, 主席研究員 (50372149) ; 高田 恭孝 理化学研究所, 研究員 (90261122) ; 野平 博司 武蔵工業大学, 工学部, 助教授 (30241110)
• Keywords: 放射光 / 光電子分光法 / 角度分解光電子分光法 / 電子帯構造 / ゲート絶縁膜 / 高誘電率膜 / 希土類金属酸化膜 / 最大エントロピー法

Research Abstract

平成15年度に、SPring-8において高エネルギー光電子分光を運動エネルギー6keVまで本格的に行える装置を設計・製作した。平成16年度に、これを10keVまで引き上げる計画を立てた。7月に行ったテスト実験の結果、1)アナライザーの耐圧を8kV以上にできない、2)高精度電源ボードの近くに熱源が有り電圧の不安定性を引き起こしている、3)MCPとCCDの最小空間分解能が非常に近いためにモアレによるノイズが現れる、等いくつかの致命的問題点が見出された。そこで、アナライザーメーカーに装置全体を送り返し、問題解決のための改良を依頼した。その結果、平成16年度10月に行ったテスト実験では非常に安定した動作が確認され、8keVのX線励起で75meV、10keVのX線励起で90meVのエネルギー分解能で測定できることを確認した。また、Au等の標準物質の光イオン化断面積の測定を試みた。この実験ステーションをSPring-8のBL47XUアンジュレータービームラインにつなぎ、次々世代高誘電率ゲート絶縁膜として注目を集めているLaO_x/Si(100)界面構造の熱安定性を、フォトン・エネルギー5.95keVの高輝度放射光を用いて角度分解La 3d・Si 1s光電子スペクトルを測定し、その結果に最大エントロピー法を適用することにより調べた。その結果、熱処理温度が400℃を越えると、LaO_x/Si(100)界面においてランタンシリケートが形成され始めることを明瞭に捉えることができた。この結果は、ラザフォード後方散乱法により決定される元素組成の深さ方向分布を出発点として角度分解La 3d・Si 1s光電子スペクトルに最大エントロピー法を適用することにより決定した遷移層とシリコン基板との界面が移動し始める熱処理温度からも確認することができた。これに加えて、アモルファスSiのレーザーアニール、プラズマドーピングによって形成された極浅Bドーピング層、スピンエレクトロニクス系薄膜材料(Ga_<1-x>Cr_xN、(La、Ba)MnO_3)、ダイアモンド薄膜などの評価を試み非常に良好な結果を得た。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of Oxide Films on SiC Epitaxial (000-1) Faces by Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Measurements using Synchrotron Radiation (2005)
  • Author(s): Y.Hijikata, H.Yaguchi, S.Yoshida, Y.Takata, K.Kobayashi, S.Shin, H.Nohira, T.Hattori
  • Journal Title: Materials Science Forum 483-485 Pages: 585-588
• [Journal Article] Determination of electron escape depth in ultrathin silicon oxide (2005)
  • Author(s): H.Nohira, H.Okamoto, K.Azuma, Y.Nakata, E.Ikenaga, K.Kobayashi, Y.Takata, S.Shin, T.Hattori
  • Journal Title: Applied Physics Letters 86・8 Pages: 081911・1-081911・3
• [Journal Article] X-ray photoelectron spectroscopy study on SiO_2/Si interface structures formed by three kinds of atomic oxygen at 300℃ (2004)
  • Author(s): M.Shioji, T.Shiraishi, K.Takahashi, H.Nohira, K.Azuma, Y.Nakata, Y.Takata, S.Shin, K.Kobayashi, T.Hattori
  • Journal Title: Applied Physics Letters 84・19 Pages: 3756-3758
• [Journal Article] Dependence of SiO_2/Si interface structure on low-temperature oxidation process (2004)
  • Author(s): T.Hattori, K.Azuma, Y.Nakata, M.Shioji, T.Shiraishi, T.Yoshida, K.Takahashi, H.Nohira, Y.Takata, S.Shin, K.Kobayashi
  • Journal Title: Applied Surface Science 234・1〜4 Pages: 197-201
• [Journal Article] Hybridization of Cr3d-N2p-Ga4s in the wide band gap diluted magnetic semiconductor Ga_<1-x>Cr_xN (2004)
  • Author(s): J.J.Kim, H.Makino, K.Kobayashi, Y.Takata, T.Yamamoto, T.Hanada, M.W.Cho, E.Ikenaga, M.Yabashi, D.Miwa, Y.Nishino, K.Tamasaku, T.Ishikawa, S.Shin, T.Yao
  • Journal Title: Physical Review B 70・16 Pages: 161315(R)-161318(R)
• [Journal Article] Bulk Electronic Structure of Na_<0.35>Co_<0.13>H_2O (2004)
  • Author(s): A.Chainani, T.Yokoya, Y.Takata, K.Tamasaku M.Taguchi T.Shimonima, N.Kmamakura, K.Horiba, S.tsuda, S.Shin D.Miwa, Y.Nishino, T.Ishikawa, M.Yabashi, K.Kobayashi, H.Namatame …… et al.
  • Journal Title: Physical Review B 69・18 Pages: 180508(R)-180511(R)
• [Journal Article] Hard X-ray core-level photoemission of V_2O_3 (2004)
  • Author(s): N.Kamakura, M.Taguchi, A.Chainani, Y.Takata, K.Horiba, K.Yamamoto, K.Tamasaku, Y.Nishino, O.Miwa, E.Ikenaga, M.Awaji, A.Takeuchi, H.Ohashi, Y.Senba, H.Namatame, M.Taniguchi ……… et al.
  • Journal Title: Europhysics Letters 68・4 Pages: 557-563
• [Journal Article] Intrinsic Valence Band Study of Molecular-Beam-Epitaxy-Grown GaAs and GaN by High-Resolution Hard X-ray Photoemission Spectroscopy (2004)
  • Author(s): K.Kobayashi, Y.Takata, T.Yamamoto, J.J.Kim, H.Makino, K.Tamasaku.M.Yabashi, D.Miwa, T.Ishikawa, S.Shin, T.Yao
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 43・8A Pages: L1029-L1031
• [Journal Article] A probe of intrinsic valence band electronic structure : Hard x-ray photoemission (2004)
  • Author(s): Y.Takata, K.Tamasaku, T.Tokushima, D.Miwa, T.Ishikawa, M.Yabashi, K.Kobayashi, J.J.Kim, T.Yao, T.Yamamoto, M.Arita, H.Namatame, M.Taniguchi
  • Journal Title: Applied Physics Letters 84・21 Pages: 4310-4312
• [Journal Article] Hard X-ray Photoemission Spectroscopy of Temperature-Induced Valence Transition in EuNi_2(Si_<0.2>Ge_<0.8>)_2 (2004)
  • Author(s): K.Yamamoto, M.Taguchi, N.KamakuraA, K.Horiba, Y.Takata, A.Chainani, S.Shin, E.Ikenaga, K.Mimura, M.Shiga, H.Wada, H.Namatame, M.Taniguchi, M.Awaji.A.Takeuchi ……… et al.
  • Journal Title: Journal of Phyical Society of Japan 73・10 Pages: 2616-2619
• [Journal Article] Nature of theWell Screened State in Hard X-Ray Mn 2p Core-Level Photoemission Measurements of La_<1-x>Sr_xMnO_3 Films (2004)
  • Author(s): K.Horiba, M.Taguchi, A.Chainani, Y.Takata, E.Ikenaga, D.Miwa, Y.Nishino.K.Tamasaku, M.Awaji, A.Takeuchi, M.Yabashi, H.Namatame, M.Taniguchi, H.Kumigashira, M.Oshima … et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 93・23 Pages: 236401-1-236401-4
• [Journal Article] Valence Transition of YbInCu_4 Observed in Hard X-Ray Photoemission Spectra (2004)
  • Author(s): H.Sato, K.Shimada, M.Arita, K.Hiraoka, K.Kojima, Y.Takesa, K.Yoshikawa, M.Sawada, M.Nakatake, H.Namatame, M.Taniguchi, Y.Takata, E.Ikenaga, S.Shin, K.Kobaysahi, K.Tamasaku ……… et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 93・24 Pages: 246404-246407