ワイドギャップ半導体のプラズマエッチングプロセスにおけるUV照射効果の解明

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26390066
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 新部 正人 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 准教授 (10271199)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ドライエッチング / ＵＶ照射 / プラズマ / 化合物半導体 / イオンビーム / 欠陥 / 軟Ｘ線吸収

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は、ワイドギャップ半導体材料として、AlGaN/GaN膜およびTiO2スパッタ膜について、ガス種をO2とN2とし、エッチングダメージ等を比較した。
AlGaN/GaN膜に関しては、O2プラズマよりもN2プラズマエッチングによるダメージが大きいことがN-K領域のNEXAFSスペクトルを比較することによって分かった。これは、O2プラズマが紫外線領域の発光成分をほとんど持たないのに対して、N2プラズマにはAlGaNのバンドギャップより大きなエネルギーを持つ複数の発光成分が観測され、紫外線照射によるシナジー効果によって、より大きなダメージを受けているものと考えられる。XPS法で表面組成を評価すると、O2プラズマよりも、むしろN2プラズマで処理した方が表面酸素量が多くなることが分かった。これは、N2プラズマにより大きなダメージを受けるため、表面欠陥の量がより多くなり、試料を大気暴露したときにより多くのO原子が試料表面に取り込まれるためであると考えられる。
TiO2膜に関しては、誘電体バリア放電酸素プラズマの照射による酸素欠損へのOイオンの補充を狙った。しかしながら、TiO2薄膜作製中にSiが膜に混入していることが分かった。微量のSi原子でもプラズマ照射により基板温度が上昇すると、Siが表面に析出してきて、光触媒反応に影響する。本研究ではまず、Siの混入ルートを特定し、それが対向ターゲット型スパッタ装置の解放型磁場により、プラズマイオンがチェンバー周辺を衝撃するために起こることを突き止めた。その後成膜装置の磁場を閉じ込め型に変えることにより、Siの混入を防止できるようになった。さらに基板温度を300℃に昇温した状態でDBDプラズマ処理すると、光触媒活性が大きく改善されることが分かった。しかしながら、これまでの知見を得るのに想定以上の時間がかかり、詳細なメカニズム検討はできなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ワイドギャップ半導体のうち、研究対象材料のひとつである酸化チタン薄膜について、作製時に不純物としてSiが混入することが分かった。Siが混入すると、光触媒活性に影響が出て、その後の正しい評価ができない。Siの混入ルートをつきとめ、その対策にも成功したが、この過程に時間を要した。

Strategy for Future Research Activity

平成28年度予算にて、卓上型のプローバを購入できたので、これを利用して平成29年度は電気的特性への影響も評価していく。

Causes of Carryover

ワイドギャップ半導体のうち、研究対象材料のひとつである酸化チタン薄膜について、薄膜作製時に不純物としてSiが混入することが分かった。Siが混入すると光触媒活性に影響が出て、その後の正しいUV照射効果の評価ができない。Siの混入ルートをつきとめて、その対策にも成功したが、この過程で予想以上の時間を要してしまい、H28年度内に予定していた研究計画の全てを完了することができなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度の使用額としては５万円弱の少ない金額ではあるが、主に試料作製のための材料の購入費として使用したい。

Research Products

• [Journal Article] AlGaN surfaces etched by CF4 plasma with and without the assistance od near-ultraviolet irradiation (2017)
  • Author(s): R. Kawakami, M. Niibe, Y. Nakano, T. Mukai
  • Journal Title: Vacuum Volume: 136 Pages: 28-35
  • DOI: 10.1016/j.vacuum.2016.11.016
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fabrication and characterization of fine-grained 316L steel with 2.0 mass% TiC (2016)
  • Author(s): M. Terasawa, H. Kurishita, T. Sakamoto, M. Niibe, H. Takahashi, S. Nishikawa, A. Yamamoto, M. Yamashita, T. Mitamura, T. Yamasaki, M. Kawai
  • Journal Title: J. Nuclear Sci. Technol. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1080/00223131.2016.1175390
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of hydrogenated amorphous sillicon carbide films by deposition od hexsamethyldisilane with microwave discharge flow of Ar (2016)
  • Author(s): H. Ito, M. Kumakura, T. Suzuki, M. Niibe, K. Kanda, H. Saito
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 55 Pages: 06HC01-1~9
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.06HC01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low Energy Soft X-ray Emission Spectrometer at BL-09A in NewSUBARU (2016)
  • Author(s): Masahito Niibe and Takashi Tokushima
  • Journal Title: Proc. SRI2015, AIP Conf. Proc. Volume: 1741 Pages: 030042-1~4
  • DOI: 10.1063/1.4952865
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of the Surface-sensitive Soft X-ray Absorption Fine Structure Measurement Technique for the Bulk Insulator (2016)
  • Author(s): T. Yonemura, J. Iihara, S. Uemura, K. Yamaguchi, M. Niibe
  • Journal Title: Proc. SRI2015, AIP Conf. Proc. Volume: 1741 Pages: 050025-1~4
  • DOI: 10.1063/1.4952945
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Construction and Performance of the Compact Soft X-ray Emission Spectrometer at BL-09A in NewBUBARU SR Facility (2017)
  • Author(s): Masahito Niibe, Noritaka Takehira, and Tahashi Tokushima
  • Organizer: 5th Annual Congress of AnalytiX-2017
  • Place of Presentation: ヒルトン福岡シーホーク、（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2017-03-22 – 2017-03-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] TiO2 薄膜のプラズマ処理試料のXPS法による組成と触媒活性の相関 (2017)
  • Author(s): 荒木佑馬、新部正人、川上烈生、竹平徳崇、中野由崇
  • Organizer: 第30回日本放射光学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2017-01-07 – 2017-01-09
• [Presentation] 酸素および窒素プラズマ処理したAlGaN膜の表面分析 (2017)
  • Author(s): 田中良、新部正人、川上烈生、中野由崇、向井孝志
  • Organizer: 第30回日本放射光学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2017-01-07 – 2017-01-09
• [Presentation] CF4プラズマ処理したn-GaN膜の電気的ダメージ (2016)
  • Author(s): 中野由崇、新部正人、川上烈生
  • Organizer: 2016年真空・表面科学合同講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-01
• [Presentation] Electrical damage in n-GaN films treated by CF4 plasma (2016)
  • Author(s): Yoshitaka Nakano, Masahito Niibe and Retsuo Kawakami
  • Organizer: International Symposium of Dry Process 2016
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-11-21 – 2016-11-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TiO2薄膜のプラズマ処理試料のXPS法による組成と触媒活性の相関 (2016)
  • Author(s): 荒木佑馬、竹平徳崇、新部正人、川上烈生、中野由崇
  • Organizer: 第52回X線分析討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学東京キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-10-26 – 2016-10-28
• [Presentation] AlGaN表面特性への酸素プラズマ照射効果 (2016)
  • Author(s): 新部正人, 川上烈生，中野由崇、田中良、荒木佑馬、東知里、向井孝志
  • Organizer: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ、（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] A large take-off angle dependence of C-K emission spectra observed in highly oriented pyrolytic graphite (2016)
  • Author(s): Masahito Niibe, Takashi Tokushima, Niritaka Takehira, Yuma Araki
  • Organizer: 39th inter’l Conf. on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX2016)
  • Place of Presentation: Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Soft X-ray Absorption Spectroscopy of Orientation, Oxygen Content, Chemical States of Ion-irradiated Vertically Aligned Multiwalled Carbon Nanotubes (2016)
  • Author(s): S. Honda, F. Ideno, Y. Muramatsu, M, Niibe, M. Terasawa, E.M. Gullikson and K.-Y. Lee
  • Organizer: 39th inter’l Conf. on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX2016)
  • Place of Presentation: Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of Ultraviolet Light-Assisted CF4 Plasma Irradiation on AlGaN Thin Film Surface (2016)
  • Author(s): Retsuo Kawakami, Masahito Niibe, Yoshitaka Nakano and Takashi Mukai
  • Organizer: 43rd International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS2016)
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrical Damage Investigation of n-GaN Films Treated by CF4 Plasma (2016)
  • Author(s): Yoshitaka Nakano, Masahito Niibe and Retsuo Kawakami
  • Organizer: 43rd International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS2016)
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • Int'l Joint Research