바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")측정 프론티어 리서치 부서Okubo Masataka, 연구 담당 이사, 자재 구조 과학 연구소, 고 에너지 가속기 연구 (이하 "Kek") 및 Institute of Material Structural Sciences (이하 "Kek"), Ion Techno Center, Inc (이 확인 테크노 르크,)초전도감지기 장착X-ray 흡수 미세 구조분광 장치 (SC-XAFS) 개발넓은 갭 반도체Dopant(트리 불순물 원자)의 미세 구조를 성공적으로 분석했습니다
넓은 갭 반도체 전력 장치는 전력 손실을 줄임으로써 이산화탄소 배출을 줄이는 데 기여할 것으로 예상됩니다 바카라 커뮤니티C를 사용하여 장치를 제조하기 위해 전형적인 광고 갭 반도체 재료 인 도펀트가 사용됩니다이온 이식전기 특성을 제어하려면도핑| 적용해야합니다 이식 된 도펀트는 결정에서 주어진 격자 위치를 차지해야하지만 격자 위치를 결정할 수있는 미세 구조 분석 방법은 없었다 이 기사에서는 SC-XAFS를 사용하여 바카라 커뮤니티C 결정에서 미량 N 도펀트의 X- 선 흡수 미세 구조 (XAFS) 스펙트럼을 측정했습니다첫 번째 원칙 계산와 비교하여 결정되었다 SC-XAFS는 이전에 불가능했던 N과 같은 미량의 조명 요소를 측정 할 수 있기 때문에 바카라 커뮤니티C, 질화 갈륨, 다이아몬드, 모터 용 자기 바디, 스핀 트로닉 장치, 태양 전지 등과 같은 넓은 갭 반도체의 측정 및 분석에 적용될 것으로 예상됩니다
이 결과는 2012 년 11 월 14 일 (영국 시간)에 발표되었습니다자연Publishing Group의 Academic Journal "과학 보고서"에서 온라인으로 게시 됨
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| 바카라 커뮤니티C에서 미량 N 도펀트를 식별하는 데 사용 된 AIST 및 Kek Photon Factory의 빔라인에 설치된 SC-XAFS (오른쪽)를 식별하는 데 사용 된 AIST에 의해 개발 된 초전도 X- 선 검출기 (왼쪽) |
바카라 커뮤니티C는 일반 반도체보다 더 넓은 밴드 갭을 가지고 있으며 화학적 안정성, 경도, 내열성 등이 우수하여 고온에서 작동 할 수있는 차세대 에너지 절약 반도체가됩니다 최근 몇 년 동안, 큰 단결정 기판이 가능해졌으며, 다이오드 및 트랜지스터와 같은 장치가 상업적으로 이용 가능했지만, 반도체를 장치로 만드는 데 필요한 도핑은 불완전하고, 바카라 커뮤니티C의 에너지 절약 특성은 완전히 활용되지 않습니다
도핑은 기본 재료의 결정 격자 (대체)에 미량 불순물을 배치하는 것이 포함되며, 전자가 주로 전기 전도에 기여하는 반도체 (n반도체 유형) 또는 구멍이 주로 전기 전도에 기여하는 반도체 (P반도체를 입력하십시오) 바카라 커뮤니티C는 화합물이기 때문에 결정 구조는 복잡하고 실리콘 (바카라 커뮤니티)보다 마약하기가 훨씬 어렵다 또한, 도펀트는 붕소, 질소, 알루미늄 및 인과 같은 가벼운 원소이며, 바카라 커뮤니티 바카라 커뮤니티C 결정에서 바카라 커뮤니티 부위 또는 탄소 (C) 부위를 어떻게 점유하는지 측정 할 방법이 없다는 문제가있다 예를 들어,변속기 전자 현미경에서, 기본 재료를 구성하는 광 원소와 경질 요소 도펀트를 구별하기가 어렵다 도펀트의 격자 위치를 결정하기 위해, X- 선 흡수 미세 구조 분광법 (XAFS 분광법)이 효과적이며, 이는 요소의 특성 X- 선 특성으로부터 특정 요소의 X- 선 흡수 미세 구조를 측정하고 원소 주위의 원자 배열 및 화학적 상태를 검사 할 수있게한다 그러나 지금까지 기본 재료에 대량으로 존재하는 바카라 커뮤니티, C의 X- 레이 및 미량 광 요소를 구별 할 수 없었습니다 미세 구조 분석 도구의 부족은 넓은 갭 반도체 개발에 방해가되었다
AIST는 산업 제품 및 과학 연구의 연구 개발에 사용되는 최첨단 측정 기술을 개발하고 공동 사용을 공개하고 표준을 수립하고 있습니다 이의 일부로, 우리는 초전도 측정 기술을 사용하여 SC-XAF를 개발하고 2011 년에 장치를 완성했습니다 N은 C보다 큰 원자 번호를 가지고 있으며 특징적인 X- 선 에너지는 392전자 볼트(EV) 및 C와 277 eV의 차이는 115 eV입니다 최신 반도체 X- 선 검출기의 에너지 분해능은 약 50 eV이며, 이는이 차이보다 작습니다 그러나,이 분해능은 많은 양의 광 원소가있을 때 구별을 허용하지만, 도펀트와 같은 미량의 광선 요소의 특징적인 X- 레이는 기본 재료를 구성하는 많은 양의 광 원소에서 X- 레이에 묻혀 있기 때문에 구별 할 수 없습니다 대조적으로, AIST에 의해 개발 된 초전도 X- 선 검출기는 반도체 X- 선 검출기의 이론적 한계를 초과하는 해상도를 가지며, 바카라 커뮤니티C에서 N 도펀트의 XAFS 스펙트럼을 측정 할 수있다AIST오늘 Vol12 No3)
이 SC-XAFS는 Kek Photon Factory의 Beamline BL-11A에 설치되며 2012 년부터 AIST고급 장비 공유 혁신 플랫폼yaNanotechnology 플랫폼 비즈니스공유 사용은 미세 구조 분석 플랫폼과 같은 시스템에서 시작되었습니다 다른 미국 회사들은이 유형의 고급 측정 및 분석 장비를 가지고 있습니다고급 광원| 및 AIST는 초전도 탐지기 인 주요 기술을 개발할 수있는 유일한 사람입니다 Ion Techno Center는 바카라 커뮤니티C 및 기타 제품을위한 ION 이식 기술 및 열 처리 기술을 개발하여 사용자에게 제공했습니다
그림 1 (a)는 초전도 배열 검출기의 각 요소의 에너지 분해능 값의 히스토그램을 보여줍니다 반도체의 50 eV 한계를 초과하는 최대 10 eV의 분해능을 갖는 초전도 배열 검출기는 많은 양의 C와 소량의 n을 구별하고 (도 1 (b))을 구별하고, 첫 번째 계산과 비교할 수있는 정확도를 갖는 XAFS 스펙트럼을 얻는다 (도 2 (a))
500 ℃의 온도에서 N 도펀트로 이식 된 이온을 갖는 바카라 커뮤니티C 웨이퍼의 XAFS 스펙트럼, 이온 이식 후 1400 ℃ 및 1800 ℃에서 열처리를 갖는 웨이퍼 (도 2 (a)) 실험 결과는 N이 C 사이트를 차지한다고 가정합니다feff를 사용한 첫 번째 원리 계산 결과 (그림 2 (b))와 일치하며, N이 이식 된 순간부터 거의 완전히 C 사이트를 점유하는 것으로 확인되었습니다 바카라 커뮤니티C 로의 도핑은 500 ° C의 온도에서 이온 이식을 필요로하는 것으로 알려져 있지만, 그 이유는 알려져 있지 않았습니다 이 발견의 이유는 N이 고온에서 열처리 전에 C 부위를 차지해야하기 때문입니다 또한, 400 eV 미만의 스펙트럼 모양으로부터, 이온 이식 직후 결정 구조가 방해 될 때 화학적 결합이 C와 N 사이에 발생한다고 여겨진다 고온에서의 열처리는 결정 교란을 회복 시키고이 화학 결합은 사라져 도핑에 바람직한 N 및 바카라 커뮤니티 화학 결합 만 남습니다 따라서, 바카라 커뮤니티C 로의 도핑은 열처리에 의해 도펀트 원자의 격자 치환 만 촉진하는 바카라 커뮤니티보다 완전히 상이한 미세 구조 변화를 포함한다는 것이 밝혀졌다
이전에 측정 한 적이없는 바카라 커뮤니티C에 이식 된 미량 N 도펀트 이온의 격자 위치가 결정되었다 또한, N 도펀트와 기본 재료 바카라 커뮤니티 및 C 사이의 화학적 결합 상태의 변화가 밝혀졌다 SC-XAF를 첫 번째 원리 계산과 결합함으로써, 우리는 결정에 존재하는 미량 광 요소의 검출 및 미세 구조 분석을 입증했습니다
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그림 1 (a) 산소의 특징적인 X- 선을위한 초전도 X- 선 검출기의 에너지 분해능
(b) n, 바카라 커뮤니티c의 추적 도펀트 감지의 예
C (C)의 피크와 N (N)의 피크를 다량의 바카라 커뮤니티C에서 구별 할 수 있습니다
(b)의 삽입은 수직 축이 선형 스케일이고 N은 소량임을 보여줍니다 |
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그림 2 (a) 이온을 이온 이식 직후에 500 ° C에서 바카라 커뮤니티C로 이식 한 직후 열처리되지 않은 바카라 커뮤니티C 웨이퍼의 XAFS 스펙트럼 후, 고온에서 열처리 된 후, (b) XAFS 스펙트럼이 바카라 커뮤니티 부위를 대체 할 때 첫 번째 원자 계산에서 예측 된 XAFS 스펙트럼
(a)의 스펙트럼의 형상과 3C 및 4H의 구조에 대한 계산 스펙트럼의 형태, (b)에 표시된 2 개의 전형적인 결정 구조 유형의 형태를 비교할 때, 실험 결과는 c- 사이트 대체를 가정하는 결과와 일치한다 |
바카라 커뮤니티C 반도체의 도핑 과정의 최적화에 기여할 것으로 예상된다 또한 바카라 커뮤니티C에 추가하여 소량의 빛 요소가 기능적 발달 및 자기 재료를 담당하는 바카라 커뮤니티C에 추가 된 다른 넓은 갭 반도체의 미세 구조 분석에도 적용됩니다 또한, 초전도 X- 선 검출기의 해상도 및 미량 광 요소를 검출하는 능력이 개선 될 것이며, SC-XAF가 다룰 수있는 불순물 농도 영역이 계획된다