超高分解能暗視野STEMを用いた非晶質半導体の金属媒介結晶化の原子直視的研究

使用超高分辨率暗场 STEM 对金属介导的非晶半导体结晶进行直接原子研究

基本信息

批准号：
10136216
负责人：
田中信夫
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

太陽電池に代表されるように、非晶質半導体に最近注目が集まっている。結晶性半導体と金属との間に“シリサイド問題″があるのと同様、非晶質半導体とそれに接する金属の間にも“金属媒介の低温結晶化″という問題がある。この問題は非晶質半導体からの導線の接触抵抗の変化という実用的な面のみならず、非晶質→結晶質への相変態という観点からも興味深い問題を提供する。しかしこれまでの研究では結晶化がおこる界面の1個1個の原子の動きを追跡していないため、明確な結論が得られていなかった。本研究では、大角度散乱電子検出暗視野走査透過電子顕微鏡法(HAADF-STEM)を用いて、金属に媒介された非晶質→結晶相変態を1個の原子レベルで追跡し、相変態のメカニズムを明らかにすることを目標にする。上記の目標を達成するために平成10年度行ったことは、(1)a-Si-V、a-Si-Ti半導体-金属スパッタリング膜の作製とそのHAADF-STEM観察、および(2)超高真空蒸着法によるAu/a-Ge/MgO試料の作製と昇温による結晶化の原子直視TEM観察である。まず(1)については、非晶質半導体を動的に暗視野像観察する準備として、米国オークリッジ国立研究所の300kVの加速電圧のHAADF-STEM装置を使用し、非晶質Si中のVクラスターの可視化とそれを用いてのSi-V膜の金属-絶縁体相転移のメカニズムの解明を行った(2)については非晶質半導体の金属媒介結晶化の研究のために、a-GeをAuクラスターの存在下で昇温によって結晶化させ、その過程をTEMで原子直視動的観察した。その結果、80°Cで結晶化が始まり、Geの結晶化領域はD=1.6程度のフラクタル図形で示し、最終的にAu_4Geとc-Geからなるきのこ状の粒子ができることを確認した。

正如太阳能电池所示的，无定形的半导体最近引起了人们的注意。正如晶体半导体和金属之间存在“硅化问题”，也存在“金属介导的低温结晶”的问题，在无定形半导体和与之接触的金属之间也存在问题。这个问题不仅是从无定形半导体的接触电阻变化的实际方面，而且还提供了一个有趣的问题，而且在从无定形到晶体的相变。但是，以前的研究并未跟踪发生结晶的界面上每个原子的运动，因此没有明确的结论。在这项研究中，我们旨在使用大角度散射电子检测暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）跟踪金属介导的无定形至晶相变，并阐明相变的机理。为了实现上述目标，我们在1998年进行了：（1）A-SI-V，A-SI-TI半导体 - 金属溅射膜及其HAADF-STEM观察结果，以及（2）通过超高真空吸尘器的au/a-ge/mgo样品的制造，通过超高的真空吸尘器和原子直接直接预览和原子能直接预览来衡量水平的高温量化。首先，为了准备对无定形半导体的动态黑场观察，我们使用了一个由橡树岭国家实验室加速300 kV的HAADF-STEM设备，并将其用于阐明了金属介导的晶体介导的晶体式晶体化的晶体化晶体化的晶体化的机制在存在Au簇的情况下，使用TEM使用原子直接视图，通过直接视图动态观察该过程。结果，结晶始于80°C，GE的结晶区域以大约d = 1.6的分形图显示，并证实了由Au_4GE和C-GE组成的蘑菇样颗粒最终形成。