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NIMS一般公開2024

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研究内容

Keywords

デバイスの新評価法、界面電子状態、分光

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。

書籍
その他の文献

所属学会

応用物理学会, 日本表面真空学会

電子・光機能材料研究センター
タイトル

材料特異点の物性解明

キーワード

欠陥,ドーパント,界面,表面,ホログラフィ,オペランド測定

概要

材料における特異点は機能性材料の特性を決める。具体的には絶縁体/半導体界面、金属/半導体界面、欠陥、触媒、半導体のドーパントが特異点にあたる。一般的に材料中の特異点は密度が低く、その物性を明らかにすることは非常に困難である。そこで我々は、X線吸収発光分光法、光電子ホログラフィー法を用いて、特異点に吸収する光を入射してそこから発光する光、電子、及びホログラフィ像を用いる事により、特異点の原子構造、化学状態を明らかにすることを行っている。また、特異点の物性を正確に理解する為に材料が動作した状態で物性測定を行ってもいる。

新規性・独創性

X線吸収発光法による固体界面の物性抽出
光電子ホログラフィ法による物質特異点の原子構造、化学状態解明(欠陥、触媒活性点、ドーパントの活性・不活性原子等)
材料が動作下した状態での物性測定

内容

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Siドープしたk-Ga2O3のユニットセル中には3種類のGaサイトが存在するが、ドーパントとしてどのGaサイトにSiが入るかわかっていない。光電子ホログラフィ法の原子像再生によりドーパントSiの置換サイトはトリゴナルサイトであることがわかった。(左図)本手法はSiC、GaN、Ga2O3に既に展開している。
Pt/SiO2/4H-SiCデバイスが動作する状態でのバルク敏感光電子分光法により、基板から界面への電子のやりとりを調べた。また、理論計算を併用することにより、界面の欠陥の構造・電子状態を明らかにした。(右図)X線吸収発光分光法によりSiO2/Si界面の化学状態に応じた価電子状態、界面近傍における誘電率変化を明らかにした。今後はコンビナトリアル手法で材料開発を行い、界面や原子特異点の物性を効率的に明らかにすることを行っていく。

まとめ

物質の特異点の原子構造を光電子ホログラフィ法、X線吸収発光分光法により明らかにした。まだデバイスが動作した状態で光電子分光法を適用することにより、界面の欠陥の動的振る舞いを明らかにした。今後はコンビナトリアル手法を用いて材料開発を行い、物質の特異点の物性を効率的に明らかにすることを行っていきたい。

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