Development of non-contact measurement system for local impurity density in semiconductor using magnetic-force microscopy

利用磁力显微镜开发半导体局部杂质密度非接触测量系统

基本信息

批准号：
22H01498
负责人：
若家冨士男
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01498/
关键词：
磁気力顕微鏡半導体不純物濃度非接触計測

项目摘要

交付申請書の研究実施計画の段階では，２０２２年度には磁気力顕微鏡を購入してそれを改造する計画を立てていたが，世界的な物流の乱れと半導体不足のため，機種選定して発注した装置の納品が大幅に遅れ，実験は計画通りには進まなかった。しかし，その時間を利用して理論的研究を進めた。磁気力顕微鏡を用いて非磁性導体を検出する原理は，①磁気力顕微鏡の磁化をもったプローブの振動により非磁性導体中に渦電流が流れる，②非磁性導体中に流れた渦電流が磁場を発生する，③発生した磁場の勾配により磁気力顕微鏡のプローブの磁気モーメントが力を受けプローブの振動が変調される，④プローブの振動が変調されると非磁性導体中の渦電流も変化する，②に戻る，という無限ループが定常状態になることである。この現象の連立運動方程式を立て，自己無撞着な解析解を求めるのは非常に難しい。自己無撞着な積分方程式を解く難しさと，無限大に発散する被積分関数の取り扱いに関する難しさがある。２０２２年度は，物性理論の研究者との共同研究を実施し，この解析解（近似解）を求めることに成功した。そこでは，半径の異なる渦電流間の相互作用については１次までを残す近似を行った。また無限大に発散する被積分関数の取り扱いは，発散するところで被積分関数を展開し，最も大きく発散している項で全体を置き換える近似を行った。結果的には，半径の異なる渦電流間の相互作用の効果は非常に小さくて，現状の実験ではあまり気にしなくてもよいことが明らかとなった。この成果は２０２３年３月の応用物理学会で発表した。

在赠款申请的研究实施计划中，该计划是购买磁力显微镜并在2022年进行修改，但是由于全球物流湍流和半导体的短缺，所选和订购的模型的交付显着延迟，并且实验没有按计划进行。但是，我用这段时间进行了理论研究。使用磁力显微镜检测非磁导体的原理是1）涡流流经非磁性导体，这是由于磁力显微镜的磁化探针引起的振动引起的，2）涡流流过非磁性电场的涡流产生了磁力和磁力的磁力电流，3）磁力的电流，3）磁力的电流，3）磁性的磁性电流，并使显微镜的磁性电流逐渐验证。生成的磁场，4）当调制探针的振动时，非磁导体中的涡流发生了变化，并且返回到2）将无限环带入稳定状态。为此现象制定同时运动方程并找到自洽分析解决方案是极其困难的。很难解决自一致的积分方程，以及处理与无限差异的集成的困难。在2022年，我们与研究人员进行了有关物理特性理论的联合研究，并成功获得了该分析解决方案（近似解决方案）。在那里，进行了近似，将不同半径不同的涡流之间的相互作用至一阶。此外，当处理差异到无穷大的集成剂时，积分扩展了它们的分歧，并执行了近似值，其中最不同的术语被整体替换。结果，与不同半径的涡流之间相互作用的影响很小，并且已经发现当前的实验不需要太多关注。该结果于2023年3月在应用物理学会提出。