aist에 의해 개발 된 초전도 X 선 검출기는 광자 공장 (kek (오른쪽))의 빔 라인에 설치된 sic (왼쪽) 및 sc-xafs에서 매우 낮은 농도의 n 도펀트를 식별하는 데 사용됩니다.

aist 연구원은 초전도 검출기가 장착 된 X 선 흡수 미세 구조 (xafs) 분광학을위한 도구를 개발했습니다. 연구진은 처음으로 질소 (n) 도판 트 (매우 낮은 농도의 불순물 원자)의 국부 구조 분석을 실현했는데, 이는 탄화 규소의 이온 농장에 의해 도입되었다 ( 원문 ), 와이드 - 갭 (wide-gap) 반도체를 포함하며, 반도체가 n 형 반도체 일 필요가있다.

전력 손실을 줄일 수있는 와이드 갭 반도체 전력 소자는 CO2 배출 억제에 기여할 것으로 기대된다. 전형적인 와이드 갭 반도체 재료 중 하나 인 sic을 사용하여 디바이스를 생산하기 위해서는 이온 플랜테이션에 의한 도펀트의 도입이 전기적 특성의 제어에 필요합니다. 도펀트 원자는 결정의 특정 격자 위치에 위치 될 필요가있다. 그러나, 미세 구조 분석 방법은 없었습니다. sc-xafs를 사용하여 결정에서 매우 낮은 농도의 n 도펀트의 xafs 스펙트럼을 측정하였고, n 도판 트의 치환 위치는 제 1 원리 계산과 비교하여 결정되었다. sic 이외에, sc-xafs는 질화 갈륨 (gallium nitride, 갠 ) 및 다이아몬드, 저손실 모터 용 자석, 스핀 트로닉스 장치, 태양 전지 등

결과는 2012 년 11 월 14 일 (영국 시간) 자연 출판 그룹이 발행 한 과학 저널 인 과학 보고서에 온라인으로 게시됩니다.

sic은 일반적인 반도체보다 큰 밴드 갭을 가지며 화학적 안정성, 경도 및 내열성과 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 따라서 고온 환경에서 기능 할 수있는 차세대 에너지 절약 반도체가 될 것으로 기대된다. 최근에는 대형 단결정 실리콘 기판이 등장하고 다이오드 및 트랜지스터와 같은 디바이스가 출시되었다. 그러나 반도체로 소자를 제조하는 데 필요한 도핑은 여전히 ​​불완전하여 본질적으로 고유 한 에너지 절약 특성을 완전히 활용하지 못합니다.

산소의 특성 X 선 (b)sic의 매우 낮은 농도에서 n 도판 트 검출sic의 풍부한 c와 n의 약한 피크는 구별 할 수 있습니다. 삽입 중(b)에서, 수직축은 선형 스케일이다. n은 a에 분명히 존재한다.매우 낮은 농도.

도핑은 소량의불순물이 결정 격자 자리로 도입되어 (치환을 위해)전기 전도에 중요한 역할을하는 전자를 가진 반도체(n 형 반도체) 또는 전기에 중요한 역할을하는 홀전도 (p 형 반도체). sic은 화합물이며, 따라서 복잡한이것은 결정 구조이기 때문에 도핑을 도핑하는 것이 훨씬 더 어렵다.실리콘 (Si)에 도핑하는 것보다. 도펀트는 경 원소 이러한붕소, n, 알루미늄 또는 인과 같이 조사 할 측정 방법은 없었습니다.어떤 위치에 sic 결정에서 그들이 위치하는지, ie si 위치 또는탄소 (c) 사이트. 투과 전자 현미경으로 원자를 시각화 할 수 있지만,미량 원소를 경 원소와 구별하기가 어렵다.매트릭스 물질을 구성한다. 도펀트 격자 사이트를 결정하기 위해, xafs분광법이 효과적입니다. X 선 형광 분석으로 xafs 측정 가능행렬 내의 특정 원소의 스펙트럼 및 원자 배열을 나타냅니다.그리고 원소 주변의 화학적 상태. 지금까지는 불가능했지만조명 요소의 특성 X 선을 매우 낮게 구별하는 것매트릭스 원소의 농도, si 및 c로부터의 농도. 의 부족분석 방법은 넓은 간격의 반도체의 개발을 방해하고있다.

aist는 고급 측정을 개발 해왔다.산업 연구 및 과학 연구를위한 기술공공 사용 및 표준화를 위해 사용할 수 있습니다. 이러한 노력의 일환으로,초전도 측정 기술을 사용하는 sc-xafs가 2011 년에 완성되었습니다.c보다 원자 번호가 하나 더 큽니다. 그 특성의 에너지X 선은 392 전자 볼트 (ev)입니다. c, 277 ev의 그것과의 차이점은오직 115 ev. 최신 반도체 X 선의 에너지 분해능검출기의 오차는 50 ev 정도이므로 차이보다 작습니다.해상도가 높지만 조명 요소는 대형마운트, 매우 가벼운 요소를 구분할 수 없습니다농도, 예컨대 도판 트. 대조적으로, 초전도 X 선 검출기이론가에 의해 개발 된 이론적 제한을 초과하는 결의안을 가지고있다.반도체 x- 레이 검출기. 따라서 xafs를 측정 할 수 있습니다.초전도 검출기를 이용한 n 도펀트의 스펙트럼 오늘의 aist , vol. 12, no. 삼).

그림 2 : (a) 웨이퍼의 xafs 스펙트럼500 ℃에서 n 개의 이온 플랜테이션 직후에 열처리하지 않고,이온 후 고온에서 열처리 된 웨이퍼 웨이퍼주입 (b) 제 1 원리 계산으로부터 추정 된 xafs 스펙트럼si 사이트는 n으로 대체되고 c 사이트는 n으로 대체됩니다. 그만큼실험 데이터는 가정에 대한 계산 결과와 일치합니다c 사이트는 (a) 측정 된 스펙트럼및 (b) 3c 및 4h 폴리 유형에 대한 계산 된 스펙트럼은 2전형적인 결정 구조

이 sc-xafs는 광자 공장의 bl-11a 빔 라인에 설치됩니다. kekaist와 같은 프로젝트에서 2012 년부터 대중에게 공개됩니다.첨단 장비 공유 혁신 플랫폼 및 미세 구조 분석나노 기술 플랫폼 프로젝트의 플랫폼입니다. 이스트 라이트와 고급 라이트 만미국에있는 근원은 진보 된 측량 계기의이 종류가있다; 유일한aist는 초전도 검출기를 개발했다.악기. itc는 이온 주입 기술과 열처리를 개발했습니다.기술을 적용하여 사용자에게 샘플을 제공합니다.

그림 1 (a)는 각 요소의 에너지 분해능을 보여주는 막대 그래프이다.초전도 어레이 검출기. 최대 해상도 10 ev에서반도체 검출기의 50 ev를 초과하면 검출기는행렬 c로부터의 미량의 n을 다량으로 (그림 1 (b)), 따라서비교를 위해 사용 가능한 정확도로 xafs 스펙트럼을 수집 할 수 있습니다.(그림 2 (b)).

n 도판 트가 이온 농장에 의해 도입 된 웨이퍼500 ° C의 온도와 1400 ° C 또는 1800 ° C에서 열처리 된 웨이퍼이온 농장은 xafs 스펙트럼의 측정을 받았다 (그림 2(에이)). 이 실험의 결과는 제 1 원리 계산과 일치했다.feff와 함께 n 개의 원자가 c 위치에 있다고 가정했다.(도 2 (b)). 따라서, n 개의 원자가 대부분 c에 위치하는 것으로 확인되었다사이트는 이온 농장 직후. 이온에 의한 경험적 지식이었다.도핑을 위해서는 500 ° C의 높은 온도에서 재배지가 필요했다.그러나, 이유는 알 수 없었다. 그 이유는현재 연구는 열이 오기 전에 c 위치에서 n을 찾을 필요가 있다는 것이다.고온에서의 처리. 또한,400 ev보다 낮은 영역에서는 화학 결합이c 및 n은 이온 플레이 팅 직후 무질서한 결정 상태이다. 같이높은 온도에서의 열처리로 결정 장애가 해소된다.온도에서이 화학 결합은 끊어지고 n의 화학 결합 만 남기고Si가 바람직하며, 이는 도핑에 바람직하다. 여기에 설명 된 것처럼술에 대한 도핑은 복잡하고 완전히 다른 방법이 필요하다.격자 사이트 치환이 가능한 si에 대한 도핑의 경우실온에서의 이온 주입 후 열처리에 의해 실현된다.

트레이스 n 도펀트의 격자 사이트를 결정하는 것이 가능하다.술에 도입; 그러한 측정은 지금까지 불가능했다. 게다가,n 도펀트의 화학 결합 상태를 모재 물질 (si 및 c)밝혀졌다. sc-xafs와 첫 번째 원리 계산을 결합하여미량 원소의 검출 및 미세 구조 분석이크리스탈의 가벼운 원소가 가능하며, 둘 다 불가능하다.지금.

개발 된 기술은 최적화에 기여할 것으로 기대된다.반도체 반도체의 도핑 공정. sic 외에도 sc-xafs가 적용됩니다.다른 와이드 갭 반도체, 자성 재료 등의 분석;그 기능은 추적 표시 등 요소에 따라 다릅니다. 나아가서는초전도 X 선 검출기의 분해능과극소량의 경 원소 검출 능력sc-xafs로 덮인 불순물 농도의 범위.