課題番号 ：S-18-JI-0004
利用形態 ：技術代行
利用課題名（日本語） ：機能性酸化物薄膜の成膜装置の開発支援および材料物性評価
Program Title (English) ：Development support of Functional Thin Film Manufacturing Equipment and evaluation of material properties
利用者名（日本語） ：山田　悟
Username (English) ：S. Yamada1)
所属名（日本語） ：1) 独立行政法人国立高等専門学校機構 石川工業高等専門学校
Affiliation (English) ：1) National Institute of Technology, Ishikawa College

１．概要（Summary ）
Siに基礎を置く半導体デバイスは，微細化や高性能化の壁にあたっており，新規材料への期待が高まっている．機能性酸化物材料は，その結晶構造や含まれる遷移金属の価数などにより，物性が変化することから，Si半導体を代替する候補として注目されている．一般的に，酸化物材料を薄膜化する手法は，真空装置や熱処理などが必須であり，成膜プロセスに大きなコストと時間を要する．一方で，今回開発を試みたミストCVD法は，非真空プロセス下かつ低温で高品質な薄膜を得ることができる点から，低コストでデバイス化を実現する手法として注目を集めているが，その薄膜形成や結晶成長に関するメカニズムには不明な点が多い．本課題ではミストCVD装置を開発し，機能性酸化物の作成とその材料物性評価を通じて，ミストCVD法の成膜メカニズムを明らかにし，工業的な応用への基礎的な知見を得ることを目的とした．
２．実験（Experimental）
図1に開発したミストCVD装置を示す．開発した装置は，3次元CADで設計し，NC工作機械にて製作した．

図1：作製したミストCVD製膜装置
製作したミストCVD製膜装置を用いて，c面サファイア基板上にα-Ga2O3薄膜を形成し， X線回折装置（PANalytical X’Pert Pro MRD）を用いて薄膜の結晶状態を評価した．
３．結果と考察（Results and Discussion）
図1に作製したα-Ga2O3薄膜のXRD測定結果を示す．c面サファイア基板上に形成したα-Ga2O3薄膜は， c軸方向へ単一配向している(図1(a))．更に，図1(b)のphi軸方向の面内測定の結果，薄膜内には回転ドメインは確認されなかった為，α-Ga2O3薄膜はヘテロエピタキシャル成長している可能性が高いことが明らかとなった．

図1:XRD測定結果 (a)面外測定，(b)phi軸面内測定
更に，逆格子マップを成長時間別に測定しα-Ga2O3薄膜の格子定数の変化を調べた．その結果，製膜時間の増加と共にα-Ga2O3薄膜の結晶性は向上すると共に格子定数はバルク値本来の値へ漸近していくことが明らかとなった．
４．その他・特記事項（Others）
第28回日本MRS年次大会　Award for Encouragement of Research in Materials Science（電子機械工学1年 橋本 歩）
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1)Influence of solvent composition on the surface morphology and crystal structure of alpha-Ga2O3 fabricated by mist chemical vapor deposition, S. Urashita, Y. Nakabayashi, T. Kawae and S. Yamada, G1-P20-007, 2377, The Materials Research Society of Japan No.28 meeting.
(2) Structural properties of alpha-Ga2O3 thin films grown by mist chemical vapor deposition, A. Hashimoto, Y. Nakabayashi, T. Kawae and S. Yamada, G1-P20-006, 2347, The Materials Research Society of Japan No.28 meeting.
６．関連特許（Patent）
なし