新しいスパッタ堆積モードによる強誘電体(PZT)薄膜の低温形成とその機構解明

金沢大学工学部同位体酸素(^O_2)ガスを用いてPZT(Pb(Zr,Ti)O_3)薄膜を作製し,膜に含まれる酸素の質量をSIMSを用いて測定ることにより膜中酸素の起源を調べた.金属モードでPZT薄膜を作製すると,膜中酸素のうち90%はPbOからきた酸素であり,残り10%が流した酸素ガスからきたものであることが判明した.従って,この場合PbOが主要な酸素源ということになる.一方酸化物モードの場,合PbOから供給される酸素は30%であり,流した酸素ガスが主要な酸素源であることをはじめて明らかにした.つぎに、PbのZr+Tiに対する比率の定量的検討を行ったところその比率が3以上のときペロブスカイト構造になりやすいことが判明した。この結果は、ちょうどPZTの化学量論比を満足するようにPbOから酸素が供給されたときペロブスカイト構造が生じたと理解される。Pbの蒸気圧が高く、単にそれを補うために過剰なPbOが必要なのではない。これは新しい着眼点であるといえる。最後に本研究では、得られた結果を基に、準金属モードスパッタ堆積におけるターゲットの設計指針を与えいる。Origin of oxygens in PZT (Pb(Zr, Ti)O_3) films prepared using isotope oxygen (18O_2) was investigated by analyzing the mass of oxygens in the films by SIMS technique. For a film prepared by metallic mode it was found for the first time that 90% oxygen in the film was from PbO and the rest 10% from oxygen gas. Thus PbO is the main oxygen source. While, for oxide mode 30% oxygen came from PbO, consequently, oxygen gas was the main oxygen source.Quantitatively investigating Pb ratio to Zr+Ti in targets, it was found that perovskite films were intended to grow when the ratio was more than 3. This result is recognized that perovskite films grew when oxygen was supplied so as to just satisfy the stoichiometry of PZT.PbO is not necessary to just supplement its deficiency due to high volatility of Pb. This is a novel view point.Finally based on results a design method for target of quasi-metallic mode sputter deposition is proposed.研究課題/領域番号:09650349, 研究期間(年度):1997 – 1998出典：研究課題「新しいスパッタ堆積モードによる強誘電体(PZT)薄膜の低温形成とその機構解明 」課題番号09650349（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-09650349/096503491998kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/）を加工して作

超音波打ち込みによる固体の音響的性質の測定

金沢大学工学部研究課題/領域番号:X00090----555007, 研究期間(年度):1980 – 1981出典：「超音波打ち込みによる固体の音響的性質の測定」研究成果報告書　課題番号X00090----555007（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-X00090----555007/）を加工して作

新しいスパッタ法による酸化物および窒化物薄膜の超高速作成装置

金沢大学工学部研究課題/領域番号:56850093, 研究期間(年度):1981 – 1982出典：研究課題「新しいスパッタ法による酸化物および窒化物薄膜の超高速作成装置」課題番号56850093（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-56850093/）を加工して作

超高感度新型PASによる薄膜熱物性値の高精度測定

金沢大学工学部本研究の当初において、横方向の熱伝搬を検出することを念頭に置いたが、何分にも発生する熱量が小さく直接求めることは雑音との戦いであった。今年度は石英基板という熱抵抗の極めて大きな材料を用いたこと、Si薄膜という熱抵抗の小さい薄膜材料を用いたことで分離の精度が上がり、熱抵抗の並列接続という考えを用いることが出来、基板上の薄膜熱拡散率の測定に成功した。本研究の特色は基板上に堆積した薄膜において、薄膜に吸収された光により発生した熱は薄膜と基板を通って横方向に伝搬する。我々は、熱の検出にz-cutのLiNbO_3焦電トランスジューサを用い、1次元伝搬する各種バルク板状試料の熱拡散率の測定法を確立し、熱拡散率を測定した。Si : 0.87, Cu : 0.96, InP : 0.44, GaAs : 0.25, Ta : 0.24[cm^2/s]と求まり、誤差は何れも文献値と1〜5%程度であった。次に石英基板に堆積した約1μmのSi薄膜の熱拡散率を求めた。光を照射した位置、つまり熱源からの温度変化は基板と膜の熱抵抗の並列接続と考えることができる。膜表面に光を照射し裏面で温度勾配を観測すれば石英基板の熱拡散率が7.18×10^[cm^2/s]と求まり、膜表面で温度勾配を観測すれば膜と基板の並列熱抵抗からSi薄膜の熱拡散率は0.65[cm^2/s]とも止まった。これは多結晶Si膜の値としては妥当である。以上述べたように石英基板およびその上のSi薄膜の熱拡散率を求めることに成功した。Original point of our research is to evaluate thermal diffusivity of thin films deposited on the substrate. In the conventional PAS technique as the thermal diffusion length is much larger than the film thickness, it is impossible to evaluate the thermal property for the only films on the substrate. We proposed that the lateral thermal diffusion induced by the optical absorption can be detected by the tiny pyroelectric sensor.At first, we evaluated various bulk samples by the dimensional thermal propagation by the z-cut LiNbO3 pyroelectric element and found that those thermal diffusivities are Si : 0.87, Cu : 0.96, InP : 0.44, GaAs : 0.25, Ta : 0.24 [cm2/s]. Those values are within 5% difference compared with handbook data.Next, we evaluated a-1 mu m-thick Si thin film deposited on the quartz substrate. We assumed that when laser beam is irradiated on the film thermal resistance is assumed a parallel connection with the resistance of film and that of substrate. It is easy to separate those two resistances experimentally. Thus, We established how to measure the thermal diffusivity and found that the value for quartz substrate is 7.18*10^3 [cm^2/s] and that for Si thin film is 0.65 [cm^2/s].研究課題/領域番号:06452139, 研究期間(年度):1994 – 1996出典：研究課題「超高感度新型PASによる薄膜熱物性値の高精度測定」課題番号06452139（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-06452139/064521391996kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/）を加工して作

注入超音波束による音響電気ドメインとその伝搬特性の研究

金沢大学工学部研究課題/領域番号:X00210----975004, 研究期間(年度):1974出典：「注入超音波束による音響電気ドメインとその伝搬特性の研究」研究成果報告書　課題番号：X00210----975004（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-X00210----975004/）を加工して作

透明トランスジューサを用いた光音響分光法による半導体の評価

金沢大学工学部研究課題/領域番号58460061, 研究期間(年度):1983 – 1985出典：研究課題「透明トランスジューサを用いた光音響分光法による半導体の評価」課題番号58460061（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-58460061/）を加工して作

合金組成比を任意に制御出来る低温・高速スパッタ装置の開発研究

金沢大学工学部これまでに、合金組成比を任意に制御できる低温・高速スパッタ法のハードウエアの開発はほぼ修了したと言うことが出来る。今年度は初旬には人口格子膜を形成し熱応力の緩和の研究を行った。これは、圧縮応力と引っ張り応力を1層ごとに相殺して応力を緩和する方法である。しかし、応力は緩和出来たが電気抵抗が余り下がらなかった。そこで、組成傾斜法で応力の緩和を試みた。特に、最近材料の組成が傾斜的に変化した「傾斜機能材料」の有効性が認識され作成法が模索されているが、これにも本方法を適用を試みた「傾斜機能薄膜」は材料AからBへ徐々になめらかに組成比を変化させる必要がある。人工格子膜の時と同じターゲット配置でBc、Bmの値を連続的に変えれば組成は連続的に変わる筈である。この方法ではA、B間の遷移層の組成分布を任意の関数に制御できるという特長がある。例えば、直線傾斜接合を作る場合、実際に50〓づつ組成が段階的に変化するようにBc、Bm変化させた。この研究は現在も進めている最中で、応力緩和効果の一例を示す。組成傾斜膜は熱応力の緩和に有効とされており、集積回路用電極の熱アニールの際シリサイド化による体積の縮小により発生する応力の緩和効果について調べた。1000〓の熱酸化シリコン(SiO_2)上に多結晶Si層0.5μm、TiSi_2層0.3μm2層膜の間に0.1μmおよび0.2μmの直線傾斜遷移層を挟んだ試料を700℃20分アニールし応力を調べた。その結果遷移層の無いものは2×10^9dyn/cm^2の張力が発生したのに対し、遷移層のあるものはアニール後も残留応力が減少し、特に0.2μm挟んだ場合の残留応力はほぼゼロとなり遷移層に応力緩和効果のあることが明らかとなった。We proposed a new method to control a composition ratio of alloy film by a improved compressed magnetic field magnerton sputtering.This magnetron sputtering source has two magnetic coils, one is a conventional magnetron coil behind the target (Bm) and the other is a compressing coil Bc to increase magnetic field parallel to the target surface. The Bm and Bc can control the spatial position of intense plasma on the target surface. If there were different kinds of rargets on the cathode, it is psssible to control the etched area of the target. Therefore, it is possible to control the composition ratio of the sputtered films by changing the Bc and Bm.We applied this method to fabricate super-lattice structure and graded composition film to redeuce the residual stress of the Si/TiSi_x films after thermal annealing. The thickness of one layer of our super-lattice is 35-70 .In order to get a sharp profile between layers, the precleaning of the target is important. The halfwidth of X-ray diffracted patterns of the samples are between 0.038゜and 0.068゜. though this superlattice was effective to reduce the residual stress, the resistivity of the film was not low enough.Then,a 0.1 m linearly graded composition layer was fabricated between 0.3 m TiSi_2 and 0.5 m Si layers. It was succeeded to deposit a stress free low resistivity film.研究課題/領域番号:61850050, 研究期間(年度):1986 – 1988出典：研究課題「合金組成比を任意に制御出来る低温・高速スパッタ装置の開発研究」課題番号61850050（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-61850050/）を加工して作

スパッタ・イオンプレーティング複合人工格子作製装置の開発研究

金沢大学工学部制限反応スパッタリングと名付けた新しいスパッタリング法を研究開発した.この技法を用いて,次世代MOSFET用ゲート絶縁膜としてZrO2誘電体膜を形成した.Si基板表面の酸化が抑制され20を越える高い比誘電率が得られた.酸化物ターゲットを用いた通常のスパッタリング法では酸素イオンや活性種が励起されSi基板は直ちに酸化してしまうが,この堆積法では,そのような酸化種が発生しないので,Si基板とその上の堆積膜の界面は急峻に形成できる.A new sputtering film deposition method, named Limited Reaction Sputtering Technique, was developed and investigated. Using this technique, ZrO2 dielectric films were synthsized for gate materials of next generation MOSFETs. The Si substrate surface oxidation was suppressed consequently a high specific dielectric constant as high as over 20 was obtained. On conventional sputtering technique using oxide target, oxigen ions and radicals are easily to be generated, thus Si is oxidized significantly. However, this teconique does not genarate them, resulting in clear interface between Si substrate and deposited films.研究課題/領域番号:11555086, 研究期間(年度):1999 – 2001出典：「スパッタ・イオンプレーティング複合人工格子作製装置の開発研究」研究成果報告書　課題番号11555086（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-11555086/）を加工して作

超高感度新型PASによる積層構造界面の新しい評価法

金沢大学工学部われわれの開発したLiNbO_3を用いた透明トランスジュ-サ法PASは非常に感度が良いという特徴はある。しかし、LiNbO_3には圧電性と焦電性があるので、物理定数の定量的評価をするためには、その効果を分離する必要がある。そこでZー,128°回転Yー、Yーcut板の3種類のトランスジュ-サを用いて実験を行った。その結果、zーcut板では焦電効果が信号の発生に寄与していること、また理論解析ではトランスジュ-サと試料の間に熱抵抗を考慮する必要のあることを明らかにした。これらの結果だけでは、Yーcut板の信号は圧電効果によるものであると断言出来ないが、理論計算にしたがって焦電効果が無視できれば、ヤング率、熱膨張係数等の弾性的性質にはyーcut板で、また熱伝導率、熱拡散係数等の熱的性質にはZーcut板でそれぞれ分離して評価ができる。このように、このように物性評価に適したトランスジュ-サを選べば、より高感度で正確な評価がきたいできる。次にzーcut板に対して空気層の影響を除去できる測定方法がないか検討した。トランスジュ-サに吸収が無い場合には、励起光をトランスジュ-サを通した表面からと試料裏面に直接照射し、両者の振幅信号の比または位相信号の差を求めると空気層の影響を除去できることを理論的に明らかにし実験値と比較した。この方法でSiウエハ-に対する熱拡散率を推定し文献値と同程度の値となった。We developed a PAS (Photoacoustic Spectroscopy) using a transparent transducer. It is possible to evaluate an absorption coefficient of semiconductors quantitatively and to perform a reproducible experiment. As the light can irradiate through a transparent transducer, a generated acoustic slignal is directly detected by this transducer. Consequently, the sensitivity is considerably improved and there are no sample geometry limitations. Especially, this method is effective to evaluate the surface layer of the samples, ion implanted layers, interface of heteroepitaxial layers, and so on.1. It is so sensitive that it is possible to detect the signals from the ion implanted layer. As this layer is so thin (900-3200, *) that this method is also applicable to evaluate the surface damages of semiconductors.2. At low energy region we could detect a weak absorption which is generated by the localized states of ion implanted layer. By estimating this value, it is possible to evaluate the recovery process of the thin ion implanted layer by thermal annealing, quantitatively.Next, PA signals from GaInP/GaAs heterostructure and multilayer structures of semiconductors were observed and the following results were obtained.3. Each absorption edge of multilayer structure is determined separately by the PA dips and large phase shift.4. Nonradiative defects are detected clearly at GaInP/GaAs interface.5. The PA dip occurs at interfacial layer when the signal origin moves from one to another layer as irradiated wavelength changes. This is because the transducer detects two different phase signals with different amplitudes of each layer at the same time.6. Now we are trying to separate the signals from piezoelectric and piroelectric effects and to make it possible to evaluate the optical and thermal constants quantitatively by comparing with the theoretical analysis.研究課題/領域番号:01460074, 研究期間(年度):1989 – 1991出典：研究課題「超高感度新型PASによる積層構造界面の新しい評価法」課題番号01460074（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-01460074/014600741991kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/）を加工して作

A lattice attenuation in Cds measured by the ultrasonic injection method

This paper concerns the use of Brillouin scattering measurements to study lattice attenuation in semiconducting CdS crystals. Measured acoustic fluxes are produced by the acoustoelectric domains. In order to measure the attenuation constant, an ultrasonic injection method is applied. A sample is divided into two parts; one part is used as a generation region of the acoustic flux [region (1)] and the other part is used as a propagation region of the injected flux [region (2)]. The acoustic attenuations of various frequencies are measured at region (2). The lattice attenuation is greatly affected by the rise time of an applied pulse in region (1). It is clear that acoustic flux in the acoustic domain which originates from the amplification of the pure thermally excited acoustic flux attenuates as f2 and is in accordance with the Akhieser loss. On the other hand, a shock-excited acoustic flux attenuates as f ∼1.5