Glide motion and electronic structure of partial dislocations in 4H-SiC under electronic excitation conditions

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03535
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大野 裕 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80243129)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 炭化シリコン / 電子励起 / 転位すべり

Outline of Annual Research Achievements

4H-SiC結晶中の30度-Si部分転位の電子励起転位すべり効果を微視的に理解するため、１）TEM内でサブギャップ光照射により共鳴的に電子励起環境を形成して転位すべり運動を誘起し、２）種々の励起条件における転位すべりをその場透過電子顕微鏡（TEM）観察・解析し、３）電子励起状態でのキンクの形成・運動エネルギー、局在電子準位と励起効率を評価することを目的とした。TEMに設置されたその場光学・電気測定装置を改造し、アルゴンイオンレーザー（エネルギー2.7～2.4eV）および波長可変レーザー(約3.5eV以下)からのバンドギャップエネルギー（約3.3eV）以下のサブギャップ光をTEM観察下で照射できるようにした。また、試料内部への点欠陥導入を防ぐために120keVの電子線で観察するが、電子線による電子励起効果を分離するために広げた（収束していない）強度の弱い電子線ですべり運動を観察する必要があるため、高感度のTEM観察用CCDカメラおよび解析用コンピュータシステムを設置した。光照射での電子励起転位すべり効果が確認されている高品質4H-SiC結晶（8度-off (0001)基板、膜厚17ミクロン、無添加）に室温におけるナノインデント法で意図的にフレッシュな（点欠陥の汚染がない）転位を導入し、TEM観察可能な約500nm厚以下まで薄膜化した結果、2.7eVのレーザー光照射による転位すべり運動を確認した。転位関連センターの直接光励起（光イオン化）によって電子励起転位すべり効果そのものを誘起したと考えている。転位移動の駆動力は転位が取り囲む積層欠陥の実効的積層欠陥エネルギーの正負および転位セグメントにかかる線張力と考えられるが、転位の移動方向がセグメントごとに異なっており、ここの効果の定量評価には至らなかった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Intrinsic microstructure of Si/GaAs heterointerfaces fabricated by surface-activated bonding at room temperature (2018)
  • Author(s): Y. Ohno, H. Yoshida, S. Takeda, J. Liang, N. Shigekawa
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 57 Pages: 02BA01/1-3
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.02BA01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of femtosecond-laser-induced periodic structures on SiC substrates (2018)
  • Author(s): R. Miyagawa, Y. Ohno, M. Deura, I. Yonenaga, O. Eryu
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 57 Pages: 025602/1-3
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.025602
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoscopic analysis of oxygen segregation at tilt boundaries in silicon ingots using atom probe tomography combined with TEM and ab initio calculations (2017)
  • Author(s): Y. Ohno, K. Inoue, K. Fujiwara, K. Kutsukake, M. Deura, I. Yonenaga, N. Ebisawa, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai, H. Yoshida, S. Takeda, S. Tanaka, M. Kohyama
  • Journal Title: Journal of Microscopy Volume: 110 Pages: 230-238
  • DOI: 10.1111/jmi.12602
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structural properties of low-resistance Si/GaAs heterointerfaces fabricated by surface-activated bonding at room temperature (2018)
  • Author(s): Y. Ohno
  • Organizer: Energy, Materials, and Nanotechnology (EMN) Photovoltaics Meeting 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Grain boundary segregation in Si studied by atom probe tomography combined with TEM and ab-initio calculations (2017)
  • Author(s): Y. Ohno
  • Organizer: 20th International Conference on Microscopy of Semiconducting Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] シリコン結晶における不純物の粒界偏析 －微視的描像と機能－ (2017)
  • Author(s): 大野裕
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • Invited
• [Presentation] Chemical nanoanalyses at grain boundaries by joint use of atom probe tomography and TEM combined with ab-initio calculations (2017)
  • Author(s): Y. Ohno, K. Inoue, K. Fujiwara, K. Kutsukake, M. Deura, I. Yonenaga, Y. Shimizu, K. Inoue, N. Ebisawa, Y. Nagai, H. Yoshida, S. Takeda, S. Tanaka, M. Kohyama
  • Organizer: Analytical techniques for precise characterization of nano materials (ALTECH 2017) in European Materials Research Society (EMRS) Spring Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanism of oxygen segregation at tilt boundaries in Si (2017)
  • Author(s): Y. Ohno, K. Inoue, K. Fujiwara, K. Kutsukake, M. Deura, I. Yonenaga, N. Ebisawa, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai, H. Yoshida, S. Takeda, S. Tanaka, M. Kohyama
  • Organizer: 29th International Conference on Defects in Semiconductors (ICDS2017)
  • Int'l Joint Research