A study of plasma-material atomistic-scale interactions based on stochastic theory and optimal control of material properties

基于随机理论和材料性能优化控制的等离子体-材料原子尺度相互作用研究

基本信息

批准号：
20J22727
负责人：
濱野誉
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，プラズマ―材料原子スケール相互作用のモデリングを基盤として，材料やデバイスの長期的性能・信頼性をも最適化するプラズマプロセス設計手法を提案することを目指している．本年度は，プラズマから被加工材料表面に照射されるイオンとの物理的相互作用による材料物性変化に着目し，イオン照射制御による多様な窒化ホウ素（BN）膜の実現に取り組んだ．これまで本研究課題において培ってきた絶縁体材料の特性評価技術を適用し，作製した薄膜の詳細評価を行い，以下の知見を得た．(1)成膜中の照射イオンエネルギーにより，BN膜中のsp2/sp3結合比率に加えてsp2結合相配向を制御できることをはじめて実証した．BNの微視的構造変化がバンドギャップ内局在準位形成を誘発し，最終的に光学的特性（消衰係数）および電気的特性（電子伝導機構，キャリア捕獲特性）が変化することを明らかにした．(2)3次元微細構造体（Si基板内トレンチ構造）へのBN膜堆積において，構造体内各面（表面上面，トレンチ側面，トレンチ底面）上でのイオン照射に起因する堆積膜厚変化ならびに微視的構造（sp2/sp3結合比率，sp2結合相配向）の差異を明らかにした．(1)で明らかにした微視的構造変化による電子状態変化および巨視的特性変化機構に基づき，3次元微細構造体内の各面上に形成されるBN膜の光学的特性，電気的特性を予測する枠組みを提示し，構造体内各面でBN膜特性が一様ではないことを予測した．

本研究旨在提出一种等离子体工艺设计方法，该方法还基于等离子体-材料原子尺度相互作用的建模来优化材料和器件的长期性能和可靠性。今年，我们重点关注等离子体照射到工件材料表面的离子与物理相互作用导致的材料特性变化，并致力于通过控制离子照射来实现各种氮化硼（BN）薄膜。应用我们在本研究项目中培育的绝缘体材料特性评估技术，我们对所生产的薄膜进行了详细评估，并获得了以下发现。 (1)我们首次证明，通过在成膜过程中照射离子能量，除了控制BN膜中的sp2/sp3键比之外，还可以控制sp2键合相的取向。我们发现BN的微观结构变化会导致带隙内局部能级的形成，最终改变光学特性（消光系数）和电学特性（电子传导机制、载流子捕获特性）。 (2) 在三维微结构（Si基板的沟槽结构）上沉积BN膜时，由于结构内各表面（顶面、沟槽侧面、沟槽底面）的离子照射，沉积膜厚发生变化。）和视觉结构的微小差异（sp2/sp3键比、sp2键合相取向）得到澄清。基于微观结构变化引起的电子态变化和(1)中揭示的宏观性能变化机制，预测了三维微观结构内每个表面上形成的BN薄膜的光学和电学性能，我们为此提出了一个框架。并预测结构内每个表面上的 BN 薄膜特性不会均匀。

项目成果

期刊论文数量（17）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

反応性プラズマ支援成膜法による窒化ホウ素膜のナノネットワーク構造および機能特性制御

反应等离子体辅助沉积法控制氮化硼薄膜的纳米网络结构和功能特性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
濱野誉;松田崇行;朝本雄也;野間正男;長谷川繁彦;山下満;占部継一郎;江利口浩二
通讯作者：
江利口浩二

過渡電流解析によるシリコン酸化膜中のプラズマ誘起欠陥準位評価

使用瞬态电流分析评估氧化硅薄膜中等离子体引起的缺陷水平

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
濱野誉;占部継一郎;江利口浩二
通讯作者：
江利口浩二

Characterization of nano-network structure transition of boron nitride films by ion irradiation during the film growth

薄膜生长过程中离子辐照表征氮化硼薄膜纳米网络结构转变

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takashi Hamano; Takayuki Matsuda; Yuya Asamoto; Masao Noma; Shigehiko Hasegawa; Michiru Yamashita; Keiichiro Urabe;Koji Eriguchi
通讯作者：
Koji Eriguchi

顕微フォトリフレクタンス分光法を用いたSi深掘り孔側壁に形成されるプラズマ誘起欠陥層の電子状態解析

使用显微光反射光谱法对深硅孔侧壁上形成的等离子体诱导缺陷层进行电子态分析