酸化ガリウム低指数面の清浄・吸着表面の原子構造と電気特性

低折射率氧化镓表面清洁和吸附表面的原子结构和电性能

基本信息

批准号：
22K04177
负责人：
花田貴
金额：
$ 2万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的はβ- 酸化ガリウム自体の持つ優れた特性から期待される潜在的なデバイス性能を限界まで引き出すために必要となる電極や誘電体との理想的な界面構造の実現を目指して、2種のIII族サイトをつβ- 酸化ガリウムの表面および金属やその酸化物との界面で安定となる原子構造はどのようなものか、どのような原子間相互作用によってそれらの構造ができるのかを解明することである。今年度は(010) 、(001)、(-201)面というデバイス作製に用いられている代表的な低指数面について真空中加熱で得られた清浄表面の全反射高速陽電子回折(TRHEPD)測定を高エネルギー加速器研究機構(KEK)・物質構造科学研究所・低速陽電子実験施設で行った。単斜晶であるβ- 酸化ガリウムをはじめとする任意の結晶構造の表面原子配列に対してTRHEPDと反射高速電子回折(RHEED)の動力学的回折計算ができるソフトを作成し公開した。さらに視射角走査と方位角走査の複合的な走査条件下での複数の回折点の強度曲線について、すべて同時に実験を再現できる原子構造を探索するＲ因子最小化ソフトを作成した。今年度は実験結果の蓄積と解析ソフトの作成までを主に行った。鏡面反射強度曲線のみを用いた表面垂直方向に限った予備的な構造解析によると、真空加熱表面の原子配列は単純なバルクの切断面では無く、ガリウムと酸素の表面原子欠損と原子変位を大きく変調させることで実験結果を再現できることが分かった。

这项研究的目的是实现电极和电介质的理想界面结构，这对于将β-氧化镓本身的优异性能所期望的潜在器件性能发挥到极限是必要的。 β-氧化镓的表面含有两种类型的III族位点以及与金属及其氧化物的界面，以及什么样的原子相互作用形成这些结构？今年，我们将对真空加热获得的清洁表面（010）、（001）和（-201）平面进行全反射高速正电子衍射（TRHEPD）测量，这些平面是典型的低折射率平面。器件制造是在高能加速器研究组织（KEK）、材料结构科学研究所和慢正电子实验设施进行的。我们创建并发布了软件，可以对任意晶体结构（包括单斜晶系 β-氧化镓）的表面原子排列进行 TRHEPD 动态衍射计算和反射高能电子衍射 (RHEED)。此外，我们创建了R因子最小化软件，用于搜索原子结构，该软件可以在掠射角扫描和方位角扫描的组合扫描条件下同时再现多个衍射点的强度曲线实验。今年，我们主要致力于积累实验结果和创建分析软件。根据仅使用镜面反射强度曲线仅限于表面垂直方向的初步结构分析，真空加热表面上的原子排列不是简单的体切割平面，而是具有较大的表面原子空位以及镓和氧的原子位移。结果发现，通过调制可以重现实验结果。