A study of plasma-material atomistic-scale interactions based on stochastic theory and optimal control of material properties

基于随机理论和材料性能优化控制的等离子体-材料原子尺度相互作用研究

• 批准号: 20J22727
• 负责人: 濱野 誉
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kyoto University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22727/
• 关键词: 窒化ホウ素; 薄膜堆積; イオン照射; ナノネットワーク構造; 電気的特性; 局在準位; 3次元構造体; プラズマ照射; イオン衝撃; 欠陥; エネルギー準位; 3次元微細構造; 窒化ホウ素膜; トランジスタ; ３次元構造

本研究は，プラズマ―材料原子スケール相互作用のモデリングを基盤として，材料やデバイスの長期的性能・信頼性をも最適化するプラズマプロセス設計手法を提案することを目指している．本年度は，プラズマから被加工材料表面に照射されるイオンとの物理的相互作用による材料物性変化に着目し，イオン照射制御による多様な窒化ホウ素（BN）膜の実現に取り組んだ．これまで本研究課題において培ってきた絶縁体材料の特性評価技術を適用し，作製した薄膜の詳細評価を行い，以下の知見を得た．(1)成膜中の照射イオンエネルギーにより，BN膜中のsp2/sp3結合比率に加えてsp2結合相配向を制御できることをはじめて実証した．BNの微視的構造変化がバンドギャップ内局在準位形成を誘発し，最終的に光学的特性（消衰係数）および電気的特性（電子伝導機構，キャリア捕獲特性）が変化することを明らかにした．(2)3次元微細構造体（Si基板内トレンチ構造）へのBN膜堆積において，構造体内各面（表面上面，トレンチ側面，トレンチ底面）上でのイオン照射に起因する堆積膜厚変化ならびに微視的構造（sp2/sp3結合比率，sp2結合相配向）の差異を明らかにした．(1)で明らかにした微視的構造変化による電子状態変化および巨視的特性変化機構に基づき，3次元微細構造体内の各面上に形成されるBN膜の光学的特性，電気的特性を予測する枠組みを提示し，構造体内各面でBN膜特性が一様ではないことを予測した．

This study aims to propose a design approach for optimizing the long-term performance and reliability of materials based on the interaction between atoms and atoms. This year, the physical interaction of irradiation on the surface of the material to be processed, the material property transformation, the irradiation control, the multi-component transformation of the BN film, and the realization of the BN film are selected. This research topic is about the application of the evaluation technology of dielectric material properties to the preparation of thin films. (1)The structure of BN's Weishi app is changed to induce the formation of the internal position, and the final optical characteristics (attenuation coefficient) and electrical characteristics (electron conduction mechanism, capture characteristics) are changed. (2)3 The BN film deposited on the Si substrate is different from the BN film deposited on each surface (upper surface, bottom surface, bottom surface) of the Si substrate due to irradiation. The structure (sp2/sp3 bonding ratio, sp2 bonding orientation) of the Weishi app is different from the BN film deposited on each surface of the Si substrate. (1)The structural transformation of Weishi app is based on the optical and electrical properties of BN film formed on each surface of three-dimensional microstructure.

项目成果

顕微フォトリフレクタンス分光法によるシリコン深掘り孔底面および側壁のプラズマ誘起欠陥層解析

使用显微光反射光谱分析深硅孔底部和侧壁上等离子体引起的缺陷层

• 发表时间: 2020
• 作者: Yukari Jessica Tham;Takaaki Hashimoto;and Kaori Karasawa;濱野誉，占部継一郎，江利口浩二
• 通讯作者: 濱野誉，占部継一郎，江利口浩二

過渡電流解析によるシリコン酸化膜中のプラズマ誘起欠陥準位評価

使用瞬态电流分析评估氧化硅薄膜中等离子体引起的缺陷水平

• 发表时间: 2020
• 作者: T. Hamano;K. Urabe;K. Eriguchi;濱野誉，占部継一郎，江利口浩二;濱野誉，占部継一郎，江利口浩二;清水佑輔・ターン有加里ジェシカ・橋本剛明・唐沢かおり;岩田直幸;濱野誉，占部継一郎，江利口浩二
• 通讯作者: 濱野誉，占部継一郎，江利口浩二

Effects of Variability in Plasma-Induced Damage to Si Substrate on Device Performance and Its Application to Variability Assessment Methodology

硅衬底等离子损伤的变异性对器件性能的影响及其在变异性评估方法中的应用

• 发表时间: 2020
• 作者: Yukari Jessica Tham;Takaaki Hashimoto;and Kaori Karasawa;Naoyuki Iwata;濱野誉，占部継一郎，江利口浩二
• 通讯作者: 濱野誉，占部継一郎，江利口浩二

電気容量解析に基づくSi基板内のプラズマプロセス誘起欠陥のギャップ内準位分布予測

基于电容分析预测硅衬底中等离子体工艺引起的缺陷的能隙内能级分布

• 发表时间: 2020
• 作者: 濱野誉，占部継一郎，江利口浩二

sp結合ナノネットワーク構造変化に起因する窒化ホウ素膜特性遷移の解析

sp键合纳米网络结构变化引起的氮化硼薄膜性能转变分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahiro Ihara;Takumi Ojima;Ryuji Oshima;Yutaka Kimura;Atsuhito Sawabe;Hideo Aida;濱野誉，松田崇行，朝本雄也，野間正男，長谷川繁彦，山下満，占部継一郎，江利口浩二
• 通讯作者: 濱野誉，松田崇行，朝本雄也，野間正男，長谷川繁彦，山下満，占部継一郎，江利口浩二