ナノデバイスでの原子レベル構造変化(ダメージ)と低ダメージ評価手法の研究

纳米器件原子级结构变化（损伤）及低损伤评价方法研究

基本信息

批准号：
12J10653
负责人：
小濱和之
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J10653/
关键词：
ヘリウムイオン顕微鏡シリコンタングステンピラー

项目摘要

本研究では、ヘリウムイオン顕微鏡内にタングステンカルボニルガスを導入し、二次電子誘起ガス分子解離反応により単結晶Si基板表面にタングステン基ピラーを形成させた。ビームエネルギーやビーム電流など種々の照射条件を変化させ、形成されたピラーの形状、結晶構造、成長速度などを、収差補正走査透過電子顕微鏡などを用いて観察・評価すると同時に、ビーム照射により基板に形成されたダメージを定量的に観察・評価し、これらの結果を総合して、極微細ヘリウムイオンビームと材料の相互作用について考察した。ピラーの詳細観察の結果、ピラーの中心部に数nm幅の柱状ボイドが観察され、ビーム照射位置におけるエッチングの発生が示唆された。一方、ピラーとSi基板の界面においてSi基板のアモルファス化および隆起が観察された。ビーム照射により単結晶Siがアモルファス化し、体積増大により隆起したと考えられる。種々のビーム照射条件を変化させると柱状ボイド幅およびSi隆起高さは変化したが、ビーム照射条件に直接依存しているわけではなく、ピラー堆積速度が増大するほどこれらは減少した。この結果から、(1)柱状ボイド幅はビーム照射位置におけるピラー成長速度とエッチング速度のバランスで決まっていること、(2)形成されたピラーによってビームが遮蔽されるためピラー成長速度が速いほどSi基板中に打ち込まれるヘリウムイオン量が減少すること、が示唆された。ピラー形成時には、ピラー成長(ビーム照射による二次電子発生とガス分子解離反応)、柱状ボイド形成(ビーム照射によるピラーのエッチング)、Si隆起(ビーム照射によるSi基板のアモルファス化)、という少なくとも3つの現象が競合しており、柱状ボイド幅とSi隆起高さはともに種々のビーム照射条件に直接依存しているわけではなく、ピラー成長速度に依存していることがわかった。

在这项研究中，将羰基钨气体引入氦离子显微镜中，通过二次电子诱导气体分子解离反应在单晶硅衬底表面形成钨基柱。通过改变束能量和束电流等各种照射条件，使用像差校正扫描透射电子显微镜对形成的柱的形状、晶体结构、生长速度等进行观察和评价，并对形成的损伤进行定量观察和评价。，并结合结果讨论超细氦离子束与材料之间的相互作用。详细观察柱子的结果，在柱子的中心观察到数nm宽的柱状空隙，这表明在光束照射位置发生了蚀刻。另一方面，在柱与Si基板之间的界面处观察到Si基板的非晶化和突出。认为单晶Si由于束照射而变成非晶态并且由于体积增加而隆起。柱状空隙宽度和Si突出高度随着不同的束照射条件而变化，但它们并不直接依赖于束照射条件，并且随着柱沉积速率的增加而减小。根据这些结果，(1)柱状空隙宽度由柱生长速率和束照射位置处的蚀刻速率之间的平衡决定，并且(2)束被形成的柱阻挡，因此柱生长越快速率越高，Si越多，建议减少注入到衬底中的氦离子的量。在柱形成过程中，至少存在三个因素：柱生长（由于束照射引起的二次电子产生和气体分子解离反应）、柱状空隙形成（由于束照射引起的柱蚀刻）和Si剧变（Si衬底由于束照射而变成非晶态）。发现这些现象是竞争的，并且柱状空隙的宽度和Si突起的高度并不直接取决于各种束照射条件，而是取决于柱的生长速率。