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

纳米束X射线衍射法三维晶体结构断层测绘分析技术的建立

• 批准号: 18J10700
• 负责人: 志田 和己
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J10700/
• 关键词: ナノビームX線回折法; 深さ分解; 結晶構造解析; SPring-8; IV族半導体; 窒化物半導体; ナノビームX線回折

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。

High performance electronic and optical materials are required for high quality semiconductor crystals, and optimization of crystal growth is extremely important for crystal structure evaluation. In this study, a new technique for the visualization of 3D structures in non-destructive quantitative crystals was developed by using X-ray reflection method at SPring-8, a large-scale radiometric facility. The objective of the present study is to obtain information on the principle of X-ray backscattering and to reflect the average structure in the X-ray irradiated area of the sample. This problem is solved by examining the methods for obtaining specific information from the surface layer of the sample when it is irradiated with X-rays. In 2018, the introduction of platinum ray in optical system and the change of measurement method were carried out, and the development of X-ray detector was carried out, and the construction of measurement system and analytical environment was carried out. This measurement method is very important for evaluating the correct positional relationship between the platinum line and the sample, for obtaining geometric information, and for controlling the position of the platinum line. In 2019, the measurement results of standard samples were compared with theoretical calculations, and the platinum line was expected to pass through the operation. The verification was carried out with very high accuracy, and the position of the platinum line was confirmed. The results show that the method is suitable for the optimization of the test sample, and the method is very effective in reflecting the fault distribution in the crystallization.

项目成果

ナノビームX線回折法を用いた半導体結晶の深さ分解結晶構造解析

利用纳米束 X 射线衍射法对半导体晶体进行深度分辨晶体结构分析

• 发表时间: 2018
• 作者: 志田和己;藤平哲也;Andreas Schulze;Matty Caymax;三宅秀人;平松和政;隅谷和嗣;今井康彦;木村滋;酒井朗
• 通讯作者: 酒井朗

ナノビームX線回折法による改良型NaフラックスGaNバルク単結晶の深さ方向結晶構造解析

使用纳米束 X 射线衍射法对改进的 Na 通量 GaN 块状单晶进行深度晶体结构分析

• 发表时间: 2018
• 作者: 志田和己;藤平哲也;Andreas Schulze;Matty Caymax;三宅秀人;平松和政;隅谷和嗣;今井康彦;木村滋;酒井朗;志田和己，山本望，藤平哲也，今西正幸，森勇介，隅谷和嗣，今井康彦，木村滋，酒井朗
• 通讯作者: 志田和己，山本望，藤平哲也，今西正幸，森勇介，隅谷和嗣，今井康彦，木村滋，酒井朗

Tomographic mapping analysis of lattice distortions in the depth direction of high-Ge-content SiGe films with compositionally graded buffer layers using nanobeam X-ray diffraction

使用纳米束 X 射线衍射对具有成分梯度缓冲层的高 Ge 含量 SiGe 薄膜深度方向的晶格畸变进行层析成像分析

• 发表时间: 2018
• 作者: Kazuki Shida;Shotaro Takeuchi;Tetsuya Tohei;Yasuhiko Imai;Shigeru Kimura; Andreas Schulze;Matty Caymax;Akira Sakai
• 通讯作者: Akira Sakai

Nanobeam X-ray diffraction analysis of local lattice distortions in the growth direction of a modified Na-flux GaN bulk crystal

纳米束 X 射线衍射分析改性 Na 通量 GaN 块状晶体生长方向上的局部晶格畸变

• 发表时间: 2018
• 作者: Kazuki Shida;Shotaro Takeuchi;Tetsuya Tohei;Masayuki Imanishi;Mamoru Imade;Yusuke Mori; Kazushi Sumitani;Yasuhiko Imai;Shigeru Kimura;Akira Sakai
• 通讯作者: Akira Sakai

Depth-resolved analysis of lattice distortions in high-Ge-content SiGe/compositionally graded SiGe films using nanobeam x-ray diffraction

使用纳米束 X 射线衍射对高 Ge 含量 SiGe/成分梯度 SiGe 薄膜中的晶格畸变进行深度分辨分析

• DOI: 10.1088/1361-6641/aae6d9
• 发表时间: 2018
• 期刊: Semiconductor Science and Technology
• 影响因子: 1.9
• 作者: Shida Kazuki;Takeuchi Shotaro;Tohei Tetsuya;Imai Yasuhiko;Kimura Shigeru;Schulze Andreas;Caymax Matty;Sakai Akira
• 通讯作者: Sakai Akira