エネルギー材料の素子動作下における界面解析

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放射光を用いずに、デバイス材料の界面を観察できる手法として、実験室で用いることができる高エネルギーＸ線源であるＴｉを用いたＸ線光電子分光法の手法開発を行う。そのためには、ＴｉをターゲットとするＸ線源と、発生する高エネルギーの光電子をエネルギー分析できる分光器が必要である。これらは、既存の市販装置を改造することで可能である。上の改造を行った後、Ｉｎ基板、Ｓｉ基板を試料としてＴｉ励起の光電子分光スペクトルを測定した。これらのスペクトルから、Ｔｉ励起の光電子スペクトルとして妥当なエネルギー位置に、妥当な強度でピークが出現していることが確認できた。また、バイアス印加によるエネルギーシフトなど、シフト量だけを観測すればよい場合には、大きなパスエネルギーを用いれば（エネルギー分解能は低い）、実用的な測定時間内（３０分）で解析可能なスペクトルが取得できることが判明した。また、通常と同様な高エネルギー分解能の測定においても、数時間の測定時間で十分なスペクトルが取得できることが判明した。Ｃｒ線源に比べて、Ｔｉ線源は測定できる深さはほんのわずか浅くなるがそれでも２０ｎｍぐらいにわたって観測可能な一方、Ｃｒよりも光イオン化断面積は一桁ちかく大きく、Ｘ線の自然幅が比較的狭いので、実験室レベルの界面測定ＸＰＳの有望なＸ線源であることが判明した。一方、最初から予想できることだが、Ｔｉ励起のＸ線はダブレットであり、薄い酸化膜が付いたＳｉ基板などのように、酸化状態と単体元素状態（ゼロ価）のピークの一部が重なり、今までの解析に向かない。そのため、酸化膜のないＳｉ、１００ｎｍ厚のＳｉＯ２膜、厚さの異なるＳｉＯ２膜のついたＳｉ基板、のＸＰＳスペクトルと、角度を様々に変えて測定した。得られたスペクトルを機械学習で解析する予定である。