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Understanding and control of silicon surface oxidation by supersonic molecular beams and synchrotron radiation real-time photoelectron spectroscopy

超声分子束和同步辐射实时光电子能谱理解和控制硅表面氧化

基本信息

批准号：
20K05338
负责人：
吉越章隆
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

IoTやAIデバイスを活用したSociety5.0社会の実現のために情報通信機器の小型、高性能、省電力化は必須である。高機能電子デバイス機器を支える基本素子である電界効果型トランジスター(MOS-FET)には、シリコンの酸化絶縁膜が利用されており、その膜厚は原子数層となっている。その実現には、原子レベルで酸化反応を理解および制御することが不可欠である。本研究では、放射光表面分析と超音速酸素分子線を組み合わせてシリコン表面酸化の理解と制御を目指す。具体的には、酸素分子の並進エネルギーや酸素ガスによる酸化条件毎の生成酸化物をSPring-8の軟X線放射光光電子分光によって捉える。並進エネルギーによって酸素分子の解離吸着反応経路を変え、吸着状態や酸化物の違いから効率的な酸化膜形成や高品質酸化膜作成に必要なプロセス条件を探索する。令和4年度では、放射光軟X線リアルタイム光電子分光を使って、酸素ガスによるシリコン表面酸化（ドライ酸化）の酸化速度、酸化価数の温度、圧力、不純物（n型,p型）依存性を中心に測定し、表面吸着状態や界面歪と電子状態の関係を詳細に調べた。酸化に伴い酸化膜とシリコン基板界面で生じる放出シリコン原子と生成する欠陥が、酸化反応サイトとしてどのように機能するのかに注目して詳細に調べた。また、入射酸素分子の並進エネルギーによって分子状吸着酸素の生成を制御して、欠陥サイトとの反応を調べた。数百本におよぶ光電子スペクトルの精密高速解析に必要なプログラム開発を進めるとともに、金属材料などの酸化反応実験を並行して進めシリコン酸化反応との差異を通じて表面酸化反応の統一的理解に取り組み、論文等の成果の発表を進めた。

IoT AI is a must for small, high-performance and power-saving information communication equipment. High function electronic devices support the basic elements of the MOS-FET, and the acidified insulating film is used to measure the thickness of the film and the atomic number of layers. It is necessary to understand and control the reaction of acid and nitrogen. This study aims at understanding and controlling surface acidification by radiometric surface analysis and supersonic acid molecular line assembly. Specific acid molecules and acid molecules are produced under the acid conditions of SPring-8 and soft X-ray photoelectron spectroscopy. To explore the necessary conditions for the formation of acidified film and the formation of high-quality acidified film in the process of dissociation and adsorption reaction of acid molecules In this paper, the relationship between acidification rate, acidification number, temperature, pressure, impurity (n-type, p-type) dependence, center measurement, surface adsorption state and interface electron state of surface acidification was adjusted in detail. Acidification is accompanied by the release of atoms from the substrate interface, and the acidification of the substrate is accompanied by the detailed adjustment of the function. In addition, the formation of molecular sorbents is regulated by the reaction of sorbents and molecules. Hundreds of photoelectron micro-analysis of high-speed precision necessary for the development of the acid reaction, metal materials, acid reaction parallel to the development of the difference between the surface acidification reaction through the unified understanding of the group, paper, etc. to develop the table.

项目成果

期刊论文数量（56）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Impact of nitridation on the reliability of 4H-SiC(11-20) MOS devices

氮化对4H-SiC(11-20) MOS器件可靠性的影响

DOI：
10.35848/1882-0786/ac5ace
发表时间：
2022
期刊：
Applied Physics Express
影响因子：
2.3
作者：
T. Nakanuma;T. Kobayashi;T. Hosoi;M. Sometani;M. Okamoto;A. Yoshigoe;T. Shimura and H. Watanabe
通讯作者：
T. Shimura and H. Watanabe

表面反応観察における大気圧光電子分光の現状，利用研究と展望

常压光电子能谱表面反应观测现状、应用研究及展望