SiC半導体中のSi空孔製作用の異種イオン混合サブミクロンビーム形成技術の開発

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次世代パワーデバイス材料の炭化ケイ素半導体（以下、SiCデバイス）の開発においては、その内部情報、温度や磁場による電流分布等（以下、物理量）の、その場観察が重要である。現在、その有力な候補は、SiCデバイス内のSi空孔（以下、Vsi）から発せられる光の波長の変化から物理量を測定する量子センシング技術である。本研究では、代表者らが開発した単一種類ガスイオンのkeVサブミクロンビーム形成装置を基に、異種ガスイオンを混在させたkeVサブミクロンビームを形成し、一回の照射で SiCデバイス内の深度が異なる複数の重要要素にVsiを製作する照射技術の開発を試みる。令和4年度は、①令和2年度に開発したイオン源の改良と性能評価及び②次年度に実施する混合イオンビームの試料照射の準備を行った。①では、令和2年度に開発したイオン源を、さらに改良した。令和3年度にイオン源の改良を行ったが、プラズマの発生が不安定であったため、令和4年度でさらに改良を行った。フィラメントの太さや、据付方法、絶縁方法を改良した。この結果、プラズマが安定に発生できるとともに、ペニング・イオン放電において、プラズマ発生電圧が、これまでの1/3から1/4に低減させることができた。これはプラズマ温度を下げられたことになり、マイクロビーム形成に重要なビームのエネルギー幅の低減につながるものである。②では、次年度試料にマイクロビームを照射する際、目的の位置に正確に照射するため、試料のデジタル画像から数十マイクロメールの精度で照射位置を決める画像位置決め装置を整備した。この装置は、超長距離望遠顕微鏡と画像位置決め装置とで構成される。真空チェンバー内に設置した試料を真空外に置いた顕微鏡とCCDカメラで撮影し、デジタル変換をすることで、照射位置を決めるものである。顕微鏡とCCDカメラの解像度から、数10マイクロメートルの精度で照射位置を決めることができる。