高温プラズマ熱流により結晶化したSiGe薄膜の粒界制御と微視的構造の解明

本研究では、量産化が可能な元素かつ現在の電子デバイスの中核をなすシリコンとデバイス動作上、製造プロセス上相性のよいシリコンゲルマニウムSiGeを用いて、IoTデバイス動作に必要十分な電力を断続的かつメインテナンスフリーに供給する熱電デバイスの実現に向け、熱的・電気的特性を左右する粒界欠陥の制御・微視的構造の解明を目指す。本年度は、初年度に作製したSiGe薄膜内の詳細な欠陥情報の取得を目指した。初年度には大気圧プラズマジェットによる処理条件を変調することで、結晶粒径を制御できるだけでなく、形成される粒界の変化に伴い、結晶化処理後のSiGe薄膜内に異なる常磁性欠陥が形成されていることを確認した。一方で、これらの欠陥が光学的には不活性である可能性を示唆する結果をフォトルミネッセンス測定により取得した。より詳細な欠陥情報を得るため、容量の過渡応答の測定（Deep-level transient　spectroscopy, DLTS）系を構築し、欠陥の電気的な性質を解明を試みた。加えて、電気的に活性かつ常磁性の欠陥の検出が期待できる電流検出型磁気共鳴装置（EDMR）の測定系の構築にも取り組んだ。今後、DLTSおよびEMMR測定により、初年度に電子スピン常磁性共鳴（EPR)により評価した常磁性欠陥の電気的性質の解明が期待できる。また、初年度のEPR測定より存在が示唆される非磁性欠陥の手がかりに関して、DLTS測定により明らかにできると期待している。

本研究では、量産化が可能な元素かつ現在の電子デバイスの中核をなすシリコンとデバイス動作上、製造プロセス上相性のよいシリコンゲルマニウムSiGeを用いて、IoTデバイス動作に必要十分な電力を断続的かつメインテナンスフリーに供給する熱電デバイスの実現に向け、熱的・電気的特性を左右する粒界欠陥の制御・微視的構造の解明を目指す。本年度は、初年度に作製したSiGe薄膜内の詳細な欠陥情報の取得を目指した。初年度には大気圧プラズマジェットによる処理条件を変調することで、結晶粒径を制御できるだけでなく、形成される粒界の変化に伴い、結晶化処理後のSiGe薄膜内に異なる常磁性欠陥が形成されていることを確認した。一方で、これらの欠陥が光学的には不活性である可能性を示唆する結果をフォトルミネッセンス測定により取得した。より詳細な欠陥情報を得るため、容量の過渡応答の測定（Deep-level transient　spectroscopy, DLTS）系を構築し、欠陥の電気的な性質を解明を試みた。加えて、電気的に活性かつ常磁性の欠陥の検出が期待できる電流検出型磁気共鳴装置（EDMR）の測定系の構築にも取り組んだ。今後、DLTSおよびEMMR測定により、初年度に電子スピン常磁性共鳴（EPR)により評価した常磁性欠陥の電気的性質の解明が期待できる。また、初年度のEPR測定より存在が示唆される非磁性欠陥の手がかりに関して、DLTS測定により明らかにできると期待している。