2018 Fiscal Year Annual Research Report
Observation of strain field in single crystals by angle-resolved X-ray topography and local rocking curve imaging.
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16K05008
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
高橋 由美子 日本大学, 理工学部, 研究員 (70339258)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平野 馨一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (40218798)
早川 恭史 日本大学, 理工学部, 教授 (40307799)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | イメージング / トポグラフィー / 放射光 / 歪 / 炭化ケイ素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パワーデバイス用単結晶など、格子欠陥のみならず比較的広域に渡る歪状態をも詳細に観察する必要がある材料の評価のため、面内方向の歪・変形・結晶性等の情報とその深さ方向の変化を定量的に把握できる新規の評価方法を確立することを目的として研究をすすめてきた。
放射光を用いた斜入射トポグラフィーの光学系に回折X 線の角度フィルターとしてアナライザ結晶を付加した光学系を設計・作製し、局所ロッキングカーブ法と組み合わせることによって基板の広域歪に敏感な画像が得られることを見出した。この光学系ではアナライザ結晶のロッキングカーブ最大値・ピーク位置・ピーク幅から格子面間隔変化と格子面の傾き、結晶性を評価することができる。従来は複数の異なる照射方向からの回折像を用いて格子面間隔変化と格子面の傾きを分離していたが、本手法では一方位での測定で分離できるためX 線照射方向によって回折条件やX 線侵入深さが大きく変化してしまう非対称反射の斜入射トポグラフィー光学系でも測定できる。このためX 線の波長・照射角を選択して試料へのX線侵入深さ制御しつつ歪の状態を観察することが可能になった。また、回折像を2次元カメラでデジタル画像として撮影し、画素ごとの局所ロッキングカーブを作り、数10ミクロンオーダーの空間分解能で歪の空間分布状態が得られるようになった。
本手法を用いてアルミニウム(Al)イオンを注入した炭化ケイ素(SiC)単結晶基板を観察した。基板近傍から極表面層までを段階的に観察できるようにX線照射条件を制御して深さ方向に感度の異なる画像となることも確認できた。イオン注入条件によって歪の状態が異なり、高濃度イオン注入試料(1E21 ions /cm3)では基板表面層に強い歪場が存在することが分かった。
また、逆格子マッピングで得られる平均的な情報と本研究の光学系で測定した結果の整合性も確認できた。
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