【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.30】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TU0161
利用課題名 / Title
ワイドギャップ/ワイドギャップ接合面の構造評価
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials
キーワード / Keywords
表面活性化接合,パワーエレクトロニクス,ダイヤモンド,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology,ハイブリッドボンディング/ Hybrid Bonding,電子顕微鏡/ Electronic microscope,電子回折/ Electron diffraction,エレクトロデバイス/ Electronic device,集束イオンビーム/ Focused ion beam
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
梁 剣波
所属名 / Affiliation
大阪公立大学工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
大野裕
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
今野豊彦,兒玉裕美子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TU-507：集束イオンビーム加工装置
TU-508：集束イオンビーム加工装置
TU-504：超高分解能透過電子顕微鏡
TU-521：プラズマ集束イオンビーム加工装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
表面活性化接合法は、常温・超高真空中での不活性原子（アルゴンなど）の照射により2枚の平坦基板の表面にダングリングボンドを含む清浄な”活性層”を形成させ、その表面同士を接触させて化学結合を形成する接合手法である。活性化前の基板表面が原子レベルで平坦なら材料によらず強固に接合できることが経験的に知られており、近年はダイヤモンド/窒化ガリウムなどのパワーデバイスに向けた半導体ヘテロ界面の形成にも応用されている。研究提案者らのグループは、作成された接合界面は他の手法で作成した界面に比べて高い耐熱性と低い界面熱抵抗・電気抵抗を有し、パワーデバイスに向けて優位な界面特性であることを見出した。表面活性化過程でダイヤモンド表面はアモルファス化するが、加熱により再結晶化して再構成構造が形成されており、これが耐熱性の起源と考えられる。本研究は、ダイヤモンドの再結晶化過程を透過電子顕微鏡を用いて高温その場高分解能観察し再結晶化機構を理解することが最終目的である。
実験 / Experimental
膜厚が薄いほど高い分解能での評価が可能であるが、一方で加熱中の熱応力による試料の方位ズレが大きくなりその場観察は困難となるため、適切な膜厚を評価しておく必要がある。表面活性化条件で表面をアモルファス化したのち表面保護のためカーボンデポしたダイヤモンド基板を準備し、TU-507、TU-508およびTU-521のFIB加工装置を用いてダイヤモンド基板の観察方位が<1１0>となる薄膜試料を作成した。TU-504の収差補正透過電子顕微鏡を用いた観察により、ダイヤモンド結晶/アモルファス界面近傍で格子像の観察が可能な最大膜厚を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
膜厚がおよそ50nm、100nm、200nm、350nmとなる階段状に厚みを変化させた試料を観察した。高分解能透過電子顕微鏡法(HRTEM)（および原理的に等価な明視野-走査透過電子顕微鏡法(BF-STEM)）により、膜厚が50nmと100nmでは明瞭な格子像が、200nmでもかろうじて格子像を観察することができた。高角環状暗視野(HAADF-)STEM法でも観察してみたが、膜厚が50nmでのみ観察できた。これらの結果を受けて、膜厚が150nm程度となる薄膜試料を作成し、R7年度に高温その場HRTEM法での評価を進める予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
異なる膜厚のダイヤモンドのSEM像。左より、膜厚が約50nm、100nm、200nm、350nm。薄膜と平行な方向より、加速電圧30kV、電流値10pAで観察。
異なる膜厚のダイヤモンドのSEM像。薄膜と垂直な方向より、加速電圧5kV、電流値13pAで観察。
膜厚が約100nmのダイヤモンドのHRTEM像。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Yutaka Ohno, Structural Variation During Annealing at Diamond/Silicon Heterointerfaces Fabricated by Surface Activated Bonding, 2024 8th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D), , 1-1(2024).
DOI: 10.1109/LTB-3D64053.2024.10772717
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Yutaka Ohno, Application of Surface Activated Bonding to Determine the Dislocation Generation Process at Asymmetric Grain Boundaries in Silicon, 2024 8th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D), , 1-1(2024).
DOI: 10.1109/LTB-3D64053.2024.10774130
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Y. Ohno, H. Saito, J. Liang, N. Shigekawa,T. Yokoi, K. Matsunaga, K. Inoue, Y. Nagai, S. Hata: Application of surface activated bonding to determine the dislocationgeneration process at asymmetric grain boundaries in silicon, 8th Int. Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration, 2024.10.30.
- Y. Ohno, J. Liang, H. Yoshida, K. Inoue, Y. Nagai, N. Shigekawa: Structural variation during annealing at diamond/silicon heterointerfaces fabricated by surface activated bonding, Proc. 8th Int. Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration, 2024.10.30.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件