ナノビームＸ線回折法による３次元結晶構造トモグラフィックマッピング解析技術の確立

高機能電子・光デバイスの実現に向けては、その材料となる半導体結晶の高品質化が不可欠であり、欠陥を低減した高品質な結晶の作製には、結晶成長プロセスの最適化と共に、作製した結晶の詳細な結晶・欠陥構造評価が極めて重要となる。そこで本研究では、大型放射光施設SPring-8におけるナノビームX線回折測定法を応用することで、非破壊かつ定量的に結晶中の3次元的な欠陥構造を可視化する、結晶構造トモグラフィック（断層）解析技術を新たに実現することを目的とした。その実現に向けた課題としては、ナノビームX線回折法により取得される情報は、原理的に評価試料に対するX線照射領域内の平均的な構造を反映したものとなってしまうことであり、試料深さ方向の構造変遷をいかに分解して抽出するかが重要となる。この課題を解決するために、評価試料に対してX線を照射した際に発生する回折X線の一部を物理的に遮断するプロファイラとして新たに白金線を測定系に導入することで、表層から特定の深さまでの情報を選択的に取得する手法を考案した。2018年度は、光学系への白金線の導入と測定法の変更に伴い、新規X線検出器の立ち上げとその取得データの解析ツール開発を行い、測定系及び解析環境の構築を行った。この測定法では、評価試料と白金線の正確な位置関係から、幾何学的に取得される深さ情報を割り出すため、白金線の位置制御が極めて重要であった。そこで2019年度は、標準試料を用いた測定結果と理論計算を比較することで、白金線が期待通りに動作しているかどうかの検証を行い、非常に高い精度で白金線の位置を特定できていることを確認した。その結果を踏まえて測定法を最適化した上で実際の評価試料に本手法を適用し、非常に高い深さ分解能で結晶中の欠陥構造を反映した断層分布の取得に成功した。

高機能電子・光デバイスの実現に向けては、その材料となる半導体結晶の高品質化が不可欠であり、欠陥を低減した高品質な結晶の作製には、結晶成長プロセスの最適化と共に、作製した結晶の詳細な結晶・欠陥構造評価が極めて重要となる。そこで本研究では、大型放射光施設SPring-8におけるナノビームX線回折測定法を応用することで、非破壊かつ定量的に結晶中の3次元的な欠陥構造を可視化する、結晶構造トモグラフィック（断層）解析技術を新たに実現することを目的とした。その実現に向けた課題としては、ナノビームX線回折法により取得される情報は、原理的に評価試料に対するX線照射領域内の平均的な構造を反映したものとなってしまうことであり、試料深さ方向の構造変遷をいかに分解して抽出するかが重要となる。この課題を解決するために、評価試料に対してX線を照射した際に発生する回折X線の一部を物理的に遮断するプロファイラとして新たに白金線を測定系に導入することで、表層から特定の深さまでの情報を選択的に取得する手法を考案した。2018年度は、光学系への白金線の導入と測定法の変更に伴い、新規X線検出器の立ち上げとその取得データの解析ツール開発を行い、測定系及び解析環境の構築を行った。この測定法では、評価試料と白金線の正確な位置関係から、幾何学的に取得される深さ情報を割り出すため、白金線の位置制御が極めて重要であった。そこで2019年度は、標準試料を用いた測定結果と理論計算を比較することで、白金線が期待通りに動作しているかどうかの検証を行い、非常に高い精度で白金線の位置を特定できていることを確認した。その結果を踏まえて測定法を最適化した上で実際の評価試料に本手法を適用し、非常に高い深さ分解能で結晶中の欠陥構造を反映した断層分布の取得に成功した。