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Quantitative electric field observation at high spatial resolution by differential phase contrast STEM

利用微分相差 STEM 进行高空间分辨率定量电场观察

基本信息

批准号：
20J21517
负责人：
遠山慧子
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
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

走査透過電子顕微鏡(STEM)を用いた材料局所電磁場観察手法の開発と応用を行なっている．STEMのイメージング手法の中で，特に電磁場を可視化定量化する手法として発展を見せているのが，微分位相コントラスト(DPC) STEMである．DPC STEMでは電子が試料を透過する際に受ける運動量変化を，STEMの明視野に配置した特殊な検出器で測定することで，試料内部の電磁場を高い空間分解能で得ることができる．しかしながら，DPC STEMを一般の材料に対して応用するには大きな問題が残されていた．それが回折コントラストの問題である．本研究では電子線傾斜を複数変化させながら重ね合わせ検出することで，回折コントラストの影響を十分に低減するtDPC STEM法を開発した．さらにtDPC STEM法の効果を，電子回折シミュレーションにより定量的に評価し，それをGaN系半導体量子井戸構造に応用することで実証した．本研究成果は論文発表済みである．次に，開発手法を用いてGaN系半導体ヘテロ接合界面に形成される二次元電子ガスの局所定量観察を行った．二次元電子ガスは高電子移動度トランジスタの伝導キャリアなどに用いられる半導体デバイスの基本構造である．二次元電子ガスは試料の欠陥や不純物などにより，局所的に変化する可能性が考えられるが，その解析はこれまでホール効果測定などの平均的な手法に頼っていた．そこで本研究では，GaNとAlInNのヘテロ接合に対して，tDPC STEMによる観察を行い，二次元電子ガスのナノスケールでの局所定量観察に成功した．本手法は半導体デバイスに対して，局所観察という新たな解析手段をもたらすものであり，今後の半導体デバイスの研究開発に大きく貢献することが期待される．本研究についても論文発表済みである．

The development and application of electromagnetic field observation methods in materials by electron microscope (STEM). The development and application of STEM techniques, especially the visualization and quantification of electromagnetic fields, are investigated by differential phase microscopy (DPC) STEM. The variation of motion of electron samples transmitted by DPC STEM is investigated. STEM bright field configuration and special detector measurement, the electromagnetic field inside the sample high spatial resolution energy. DPC STEM is a common material for the application of large problems. The problem is that there is no way to solve it. In this study, the DPC STEM method was developed to minimize the influence of electron line tilt on electron beam propagation. The results of the DPC STEM method have been demonstrated by quantitative evaluation of electron reflection and quantum well structures in GaN-based semiconductors. The results of this study are not only the best in the world, but also the best in the world. The second development method is to use the GaN semiconductor to form the interface of the junction, and to use the two-dimensional electron structure to quantitatively detect the junction. The basic structure of semiconductor devices is discussed in detail. The possibility of the transformation of the two-dimensional electron sample is examined, and the analytical results are determined by the average method. In this study, GaN and AlInN were successfully investigated quantitatively by STEM. This method is expected to contribute greatly to the development of semiconductor technology in the future. This study is aimed at exploring the potential of this thesis.