たゆまざる探究の軌跡－研究活動と成果2003

8-3	ベータ鉄シリサイド均一薄膜の作製に成功

図8-5

作製した鉄シリサイド薄膜の透過型電子顕微鏡断面像

鉄シリサイドは凝集しやすく、今までの成膜方法では（a）のように粒状となっていましたが、私たちの考案した基板の表面処理法（特許出願済）によって（b）のように均一で急峻な界面を持つ薄膜作製に成功しました。またX 線回折法の結果から、極めて結晶性の良好な膜であることもわかりました。

図8-6

放射光光電子スペクトルと薄膜の模式図

放射光を用いたX 線光電子分光法によって異なるX 線のエネルギーで測定を行い、非破壊的に薄膜の深さ方向分布を得た結果です。図に示すように表面にSiO₂ 層があるために、強い耐酸化性を示すことがわかりました。

　今や「どこにでも使われている」化合物半導体には、実は使い終わって捨てると毒性が心配なもの（As）や、もう少しで資源が無くなりそうなもの（In）がたくさん含まれていました。“環境に優しい”未来づくりのためには、もっと安全で、豊富にある元素で半導体を作ることが大変重要です。私たちはそんな条件を満たし、“環境半導体”とも呼ばれるシリサイド系半導体の作製に取り組んできました。
　この中でベータ鉄シリサイド（β-FeSi₂）は光センサーや熱電変換素子としての性能が期待されると同時に、放射線に強い材料の可能性があります。ところが、鉄シリサイドは普通の作り方では凝集しやすく、今まで均一な膜を作ることは難しいとされてきました。私たちは、超高真空イオンビームスパッタ蒸着装置を用い、基板表面の処理方法を工夫することによって、100 nm程度の均一な厚みで結晶性のそろったβ-FeSi₂薄膜を作ることに成功しました（図8-5）。さらにこの薄膜が大気中に数カ月間放置した場合、いずれの試料においてもほとんど変化が見られないことから、放射光光電子分光法を用いた非破壊深さ方向測定を行った結果、表面に極めて薄い（1 nm程度）のSiO₂薄膜が生成しており（図8-6）、このために得られたβ-FeSi₂薄膜が非常に強い耐酸化性を持つこともわかりました。
　このような均一薄膜が得られたことによって、さらに電気特性等の物性を向上させ、今後実際の半導体材料として応用するための道が開けました。

●参考文献
M. Haraguchi et al., Effect of Surface Treatment of Si Substrate on the Crystal Structure of FeSi₂ Thin Film Formed by Ion Beam Sputter Deposition Method, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., B206, 313 (2003).

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ベータ鉄シリサイド均一薄膜の作製に成功