第一原理・分子動力学計算による立方晶窒化ホウ素薄膜形成機構の研究

利用第一性原理和分子动力学计算研究立方氮化硼薄膜的形成机制

• 批准号: 02J08677
• 负责人: 古賀 裕明
• 金额: $ 1.92万
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J08677/
• 关键词: 立方晶窒化ホウ素; 第一原理計算; 薄膜; エピタキシー; ワイドギャップ半導体; 吸着構造; 表面反応; 表面拡散; エピタクシー; cBN(001); 窒化ホウ素; 強束縛近似; 分子動力学法; 密度行列法; プラズマ

本研究では、次世代のワイドギャップ半導体材料として期待されている立方晶窒化ホウ素(cBN)の新しいエピタキシャル成長法を提案し、その実現可能性を非経験的電子状態計算(第一原理計算)により明らかにした。従来のcBN薄膜成長法では、高温相(sp^2相)の成長を押さえるためイオン照射が用いられている。しかしこの方法は照射損傷のため電子デバイス作成には適さない可能性がある。そこで、イオン照射を用いない方法として、次のような蒸着法を提案した。BNのB原子層が成長している間はBのみ供給し、窒素原子層が成長している間は窒素のみ供給する。(このような成長法は一般に拡散促進エピタキシー(MEE)として知られている。)この場合、表面上の吸着原子は一種類なので、B・Nの会合によるsp^2相の形成を押さえることができ、イオン照射を必要としない。この蒸着法が実現するためには、表面拡散のエネルギーバリアが小さく、吸着原子が速やかにcBNの正しい格子位置に到達できなければならない。そこで本研究では、拡散のエネルギーバリアを第一原理的に計算した。その結果、B層上B原子の拡散バリアは約0.8eV、N層上N原子の拡散バリアは約0.9eV以下であることがわかった。これは基板温度700Kで毎秒10^6格子サイト以上の拡散面積に相当し、欠損サイトの濃度がこれ以上の場合、各吸着原子が正しい格子サイトに到達できることを示している。したがって、MEE法によるcBN成長が実現する可能性が高いと結論できる。本研究ではさらに、ダイヤモンド(001)基板上でのcBN-MEE成長の可能性について、第一原理計算に基づいて示した。以上の結果から、cBN-MEE法の開発がワイドギャップ電子デバイス実現に大きく貢献すると考えられる。

This study で は, next generation の ワ イ ド ギ ャ ッ プ semiconductor materials と し て expect さ れ て い る cubic smothering the ホ ウ element (cBN) の new し い エ ピ タ キ シ ャ ル growth method proposed を し, そ の possibility be presently を non 経 験 electronic state calculation (first principles calculation) に よ り Ming ら か に し た. Youdaoplaceholder0 is used for the <s:1> cBN film growth method で で, high-temperature phase (sp^2 phase) <s:1> growth を, さえるため and <s:1> irradiating が with られて られて る る. The <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> the <s:1> method <s:1> irradiation injury <s:1> the ため electron デバ ス ス ス is made to create the に appropriate さな がある possibility がある. を そ こ で, イ オ ン irradiation with い な い method と し て, の よ う な steamed method proposed を し た. BN の B atomic layer が growth し て い る は between B の み supply し and smothering, atomic layer が growth し て い る は between smothering element の み supply す る. (<s:1> ような growth method general に拡 dispersion promotion エピタキシ エピタキシ (MEE)と と て knowledge られて る る.) の こ の occasions, surface sorption atomic は kind な の で, b. N meet の に よ る sp are ^ 2 の form を detain さ え る こ と が で き, イ オ ン irradiation を necessary と し な い. こ の が steamed method be presently す る た め に は, surface company の エ ネ ル ギ ー バ リ ア が small さ く, sorption atomic が speed や か に cBN の is し い grid location に reach で き な け れ ば な ら な い. そ こ で this study で は, company の エ ネ ル ギ ー バ リ ア を に on the first principle of し た. そ の results, B level B atoms の company, scattered バ リ ア は is about 0.8 eV, N layer on N atom の company, scattered バ リ ア は below about 0.9 eV で あ る こ と が わ か っ た. こ れ は substrate temperature 700 k で in their second 10 ^ 6 grid サ イ ト above の company, scattered area に quite し, owe damage サ イ ト の concentration が こ れ の occasion above, the atomic absorption is が し い grid サ イ ト に reach で き る こ と を shown し て い る. Youdaoplaceholder0 たがって, MEE method によるcBN growth が realization する possibility が high と と conclusion で る る る This study で は さ ら に, ダ イ ヤ モ ン ド (001) substrate で の cBN - MEE growth possibilities の に つ い て, first principles calculation に づ い て in し た. の above results か ら, cBN - MEE method の 発 が ワ イ ド ギ ャ ッ プ electronic デ バ イ ス be に now big き く contribution す る と exam え ら れ る.

项目成果

Migration-Enhanced Epitaxy of Cubic BN : An Ab Initio Study

立方氮化硼的迁移增强外延：从头算研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics Part1 43
• 作者: H.Kondo;H.Kino;T.Ohno;Hiroaki Koga
• 通讯作者: Hiroaki Koga

Epitaxial growth of cubic BN on diamond:: An ab initio study

• DOI: 10.1143/jjap.43.7944
• 发表时间: 2004-12-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS
• 作者: Koga, H;Miyazaki, T;Ohno, T
• 通讯作者: Ohno, T

H.Koga, Y.Nakamura, S.Watanabe: "Repulsion-induced order formation in graphite-diamondlike transition of boron nitride : A molecular dynamics study"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 1611-1614 (2003)

H.Koga、Y.Nakamura、S.Watanabe：“氮化硼石墨-类金刚石转变中排斥​​诱导的有序形成：分子动力学研究”日本物理学会杂志。

中村美道: "Multistage Order-Disorder Surface Transition of Si(111)√<3>×√<3>-Ag Surface with Defects"Journal of the Physical Society of Japan. Vol.72 No.1. 13-16 (2003)

Midichi Nakamura：“带缺陷的Si(111)√<3>×√<3>-Ag表面的多级有序-无序表面转变”日本物理学会杂志第72卷第1期(2003年)。 ）