Daichi Takeuchi

High-density formation of Ta nanodot induced by remote hydrogen plasma

序>これまでに、金属二層薄膜に H2-RP 照射した場合、合金化反応と共に、原子のマイグレーシ ョン・凝集が同時に促進することに起因して、合金ナノドットが形成できることを報告した[1]。 本研究では、Mn と Ge の合金に着目し、SiO2上の Mn 膜と非結晶 Ge(a-Ge)薄膜の積層構造への H2-RP 処理による表面形状および化学結合状態の変化を調べると共に、Mnジャーマナイドナノド ットの形成を試みた。 実験>p-Si(100)基板を化学溶液洗浄後、乾燥酸素雰囲気中で熱酸化 SiO2膜を形成した。SiO2膜上 に、電子線蒸着により膜厚~10nm の a-Ge 膜を堆積し、膜厚~1.0nm および~10nm の Mn 膜を同一 チャンバ内で連続堆積した。その後、外部非加熱で H2 ガスのリモートプラズマ(H2-RP)処理 (60MHz-ICP: 500W, 13.3Pa)を 10分間行った。 結果及び考察>SiO2 上に形成したMn/a-Ge 積層膜の形成直後における表面形状像は、何れも表面 ラフネスが~0.4nm以下であり、均一膜の形成が確認できる(Figs. 1(a), (b))。一方、H2-RP 処理後で は、Mn の膜厚依らずナノドットの形成が認められ、ドットの面密度は、Mn 膜~1.0nm では~ 1.7× 10 11 cm -2 であるのに対して、膜厚~10nm では~ 1.4×10cmであり、ドット高さは、Mn 単層膜に比 べ 2 倍であった(Figs. 1 (a’), (b’))。形成したナノドットの 化学結合状態を X 線光電子分光法(単色化 AlKα 特性 X 線、hν = 1486.6eV)を用いて評価した結果、Mn 膜~1.0nm では、Mn3p信号が明瞭に観測されるが、Geに起因する 信号が認められない。これに対して、Mn膜~10nmでは、 金属 Ge 成分が明瞭に観測され、Mn-Ge 系ナノドットの 形成が示唆される(Fig. 2)。別途、Mn 箔で覆った熱電対 の H2-RP 処理時における温度変化を調べた結果、600 C まで急激に温度上昇することから、Mn 膜表面での原子 状水素の吸着・再結合に起因した局所温度上昇により Mn原子の表面マイグレーション・凝集と下地 a-Geとの 合金化反応が同時進行すると考えられる。これらの結果 から、厚さ~1.0nm の Mn 膜では、Mn と Ge の合金化反 応とともに、Ge原子がナノドット表面に露出することで 水素原子による Ge のエッチング が進行したと推察される。 結論>Mn/Ge 積層膜への H2-RP 照 射によるMn-Ge系ナノドットの形 成では、上層 Mn 膜厚を制御し、 H2-RP時に生じるGeのエッチング を抑制することが重要であること が分かった。 文 献 > [1] R. Fukuoka et al., Magnetics and Optics Research Int. Symp. (Omiya, 2014), We-P-07 謝辞>試料作成は、名古屋大学 VBL の設備を利用して行った。本 研究の一部は、東北大学電気通信 研究所 共同プロジェクト研究の 支援により行われた。 第 75 回応用物理学会秋季学術講演会 講演予稿集(2014 秋 北海道大学)

Low-temperature formation of crystalline Si:H/Ge:H heterostructures by plasma-enhanced CVD in combination with Ni-nanodots seeding nucleation

Hydrogenated microcrystalline (?c) Si/Ge heterostructures were prepared on quartz substrates by plasma-enhanced chemical vapor deposition (CVD) from VHF inductively coupled plasma of SiH4 just after GeH4 employing Ni nanodots (NDs) as seeds for crystalline nucleation. The crystallinity of the films and the progress of grain growth were characterized by Raman scattering spectroscopy and atomic force microscopy (AFM), respectively. When the Ge films were grown on Ni-NDs at 250 ?C, the growth of ?c-Ge films with crystallinity as high as 80% was realized without an amorphous phase near the Ge film/quartz substrate interface. After the subsequent Si film deposition at 250 ?C, fine grains were formed in the early stages of film growth on ?c-Ge films with compositional mixing (?c-Si0.85Ge0.15:H) caused by the release of large lattice mismatch between c-Si and c-Ge. With further increase in Si:H film thickness, the formation of large grain structures accompanied by fine grains was promoted. These results suggest that crystalline Si/Ge heterojunctions can be used for efficient carrier collection in solar cell application.