SAMURAI - NIMS Researchers Database

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研究内容

Keywords

ナノ組織解析、TEM、アトムプローブ

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

論文
書籍
会議録
その他の文献

所属学会

日本金属学会, 日本顕微鏡学会, 日本磁気学会

磁性・スピントロニクス材料研究センター
タイトル

組織解析とデータ科学による機能性材料の特性向上

キーワード

マルチスケール組織解析,TEM,アトムプローブ,磁石,軟磁性材料,スピントロニクスデバイス,半導体デバイス,マイクロマグネティクス計算

概要

磁石、軟磁性材料、スピントロニクスデバイス、半導体デバイス等の機能性材料の特性は、その微細組織に大きく依存している。それらの機能性を向上させるためには、特性の優劣を支配する要因を明確にして、それを解消することが必要である。そこで、走査・透過型電子顕微鏡(SEM・TEM)、3Dアトムプローブ(3DAP)を用いて、ミクロスケールから原子レベルでのマルチスケール組織解析を実施することで得られる知見を基に、材料・プロセス的な見地から特性・機能性向上を目指している。また、その際に系統的に収集された材料・プロセス・組織・特性等のデータをデータ科学的手法で解析することで、数多くのパラメータから注目特性の支配因子を明確にし、特性向上、新材料創製につなげる。

新規性・独創性

我々は、ハイエンドのSEM・TEM、3DAPを活用することで、物質・材料の微細構造と元素分布を包括的に解析する技術を有している。また、高度な解析を実施するには、高精度に制御された解析用試料が必要になるが、スクリプト制御可能な集束イオンビーム(FIB)/SEMを使って、試料作製プロセスを自動化するスクリプトも開発しており、TEM試料であれば、20nm~80nm程度で指定した試料膜厚に数nmの精度で薄膜を作り込むことが可能であり、3DAP試料であれば、先端曲率半径、試料先端部のテーパー角を指定して針状試料を作製することに成功している。

内容

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省エネルギー社会の実現に向けたGaNパワーデバイス開発に貢献するべく、Mgイオン注入されたp型GaNについて、走査(S)TEMと3DAPによる同一箇所組織解析を実施した。針状加工した試料のSTEM像で明るく見える欠陥部に、注入されたMgが偏析していることが確認され、欠陥部以外の領域に残留するMg濃度の定量評価も可能となった。
これまで磁石内部の磁区構造を3Dで可視化することは不可能であったが、SPring-8で開発された硬X線磁気トモグラフィー法を用いて、磁石内部の磁区構造の外部磁場に対する振舞いを3Dで可視化し、NIMSの3D-SEM解析と合わせることで、微細組織と磁区構造の関係の解析が可能になった。

まとめ

SEM/TEM/3DAPによるマルチスケールで相補的に組織解析する技術と、FIB/SEM自動制御による高品質の解析試料の作製によって、高度な組織解析が可能となってきた。また、ここで得られる知見を、様々な機能性材料の創製に応用することで、その特性・機能向上に貢献が可能となり、さらにはデータ科学的手法を活用することで、これらのサイクルを高速化、高効率化することが期待できる。

この機能は所内限定です。
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