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薄膜の評価技術ハンドブック 総目次

Handbook of Thin Film Characterization Technology



第T部 基本的評価技術
第1章 形状観察

第1節 表面形状観察

   第1項 触針法  …… (中村 友二) 
     1. 触針法の測定方法と原理
     2. 種類の異なる材料が混在する試料の凹凸評価への適用例

   第2項 透過電子顕微鏡(TEM)による薄膜形状評価
          ……(保田 英洋)   
    1. 平面観察法(Plan view method)
    2. 断面観察法(Cross-sectional view method)

   第3項 走査電子顕微鏡(SEM)  …… (吉原 一紘)   

    1. 原理
    2. 装置

   第4項 STM  …… (野副 尚一)   
    1. STMの原理
    2. STM装置   
     2.1 探針   
     2.2 ピエゾ素子   
     2.3 粗動機構  
     2.4 除振機構  
    3. 実施例   
     3.1 グラファイトおよびSi(7×7)のSTM像   
     3.2 STMによる原子・分子加工および吸着分子の振動準位の検出

   第5項 AFM(SPM)  …… (野副 尚一)   
    1. AFMとSPM
    2. AFMの原理および装置
    3. 測定方法   
     3.1 コンタクトモード(Contact Mode)
     3.2 ノンコンタクトモード(Non-Contact Mode)

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第2節 膜厚測定

   第1項 膜厚とは  …… (金原 粲)   
    1. 厚さの概念
    2. 薄膜の厚さを決めるための「みなし」操作
    3. みなしの具体例
     3.1 凹凸のある薄膜表面を数学的に平滑化  
     3.2 薄膜の質量測定とバルク密度,面積から計算   
     3.3 薄膜の物性値測定とバルク物性値から計算
    4. 膜厚測定の意義

   第2項 膜厚の標準  …… (藤本 俊幸)   
    1. 何故標準が必要なのか?
    2. 膜厚計測法と測定量
    3. 膜厚計測におけるX 線反射率法のトレーサビリティ
    4. 日本における膜厚標準
    5. 米独における膜厚標準

   第3項 in-situ 膜厚測定   ……(馬場 茂)   
    1. 水晶振動子膜厚計の基本
    2. 厚膜堆積への拡張
    3. 設置上の注意  
    4. 測定上のいくつかの注意

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第2章 構造観察

第1節 X線による観察

   第1項 X線回折   …… (松井 純爾)   
    1. 多結晶薄膜に対するX線評価
     1.1 多結晶からのX線回折(粉末法)の基本
     1.2 粉末X線回折法
     1.3 sin2Ψ
    2. 単結晶薄膜に対するX線評価
     2.1 単結晶からのX線回折の基本
     2.2 ロッキングカーブ(2結晶法,非対称反射法を含む)
     2.3 ボンド法
     2.4 斜入射X線回折法
     2.5 CTR散乱法

   第2項 X線反射率法   …… (表 和彦)   
    1. 原理
     1.1 X線の屈折率
     1.2 界面における反射と屈折
    2. 膜構造と反射率曲線
    3. 薄膜評価への応用
     3.1 バリアメタルの解析
     3.2 極薄ゲート絶縁膜

   第3項 X線トポグラフィ   ……(松井 純爾)   
    1. X線トポグラフ法の基本
    2. ラング法
    3. ベルグ・バレット法
    4. 平面波X線トポグラフ法

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第2節 電子線による観察

   第1項 LEED  …… (野副 尚一)   
    1. 原理
     1.1 波としての電子
     1.2 回折と逆格子
     1.3 2次元結晶からの回折
     1.4 LEEDの特徴
    2. 装置
     2.1 前面直視型LEED装置(フロントビュータイプ)
     2.2 背面直視型LEED装置(リバースビュータイプ)
     2.3 MCP-LEED
     2.4 LEED-AES
    3. 運動学的(ダイナミック)理論による解析

   第2項 RHEED  …… (野副 尚一)   
    1. 原理
    2. 装置および測定例
    3. RHEEDの特徴

   第3項 電子線ホログラフィー  …… (丹司 敬義)   
    1. 電子線ホログラフィーの原理
    2. 磁性体の観察
    3. 内部電位の観察

   第4項 ローレンツ顕微鏡  …… (谷口 佳史)   
    1. 装置構成
     (1) 対物レンズをOFFにして観察する方法
     (2) 専用の対物ポールピースを使用する方法
     (3) ダブルステージによる方法
    2. フレネル法
    3. フーコー法
    4. 特殊な観察方法
     (1) 磁場を印加しながらの動的ローレンツ観察
     (2) ツイン・フーコー法

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第3節 粒子線による観察  

   第1項 中性子散乱  ……(武田 全康)   
    1. 中性子の構造観察のプローブとしての特徴
    2. 中性子散乱実験装置
    3. 中性子源
     3.1 原子炉中性子源(定常中性子源)
     3.2 加速器中性子源(パルス中性子源)
    4. 中性子散乱実験を行うには

   第2項 イオン線散乱  ……(楢本 洋)   
    1. 表面2次元構造・形態評価法(ヘリウムイオン顕微鏡法:HeIM)
    2. 異種積層構造評価法

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第4節 点欠陥の観察

   第1項 陽電子消滅  …… (上殿 明良)   
    1. 陽電子消滅による空孔型欠陥の検出手法
    2. プラズマBドープSiの点欠陥評価

   第2項 電子スピン共鳴(ESR)法  …… (梅田 享英)

   第3項 ESR派生技術  …… (梅田 享英) 

   第4項 DLTS法  …… (加藤 正史)   
    1. 原理
    2. 測定例

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第3章 組成・結合状態の分析

第1節 電子線による分析

   第1項 オージェ電子分光(AES)法  …… (鈴木 峰晴) 

   第2項 電子エネルギー損失分光(EELS)法  …… (大塚 祐二)   
    1. EELS法の原理と特徴
    2. EELSの応用例
     2.1 価電子励起領域のEELS
     2.2 内殻電子励起領域のEELS
    3. EELS法の今後

   第3項 EPMA(EDX,WDX)法  …… (大塚 祐二)   
    1. EPMAの原理と特徴
    2. TEM-EDXを用いた薄膜試料の分析例
     2.1 半導体デバイスのSTEM-EDX分析
     2.2 大面積EDX検出器を用いた微量不純物拡散分析
    3. EPMAを用いた薄膜評価の今後

   第4項 カソードルミネッセンス(CL)法  …… (関口 隆史)
    1. カソードルミネッセンス(CL)法  
     1.1 CL法の原理
     1.2 GaN薄膜の転位の評価
     1.3 量子構造の評価

   第5項 電子線誘起電流(EBIC)法  …… (関口 隆史)   
    1. 電子線誘起電流(EBIC)法
     1.1 EBIC法の原理
     1.2 ひずみSi/SiGe薄膜における転位の観察
     1.3 次世代半導体素子の信頼性評価

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第2節 イオン線による分析

   第1項 ラザフォード後方散乱:RBS  …… (齋藤 正裕)   
    1. 概要
    2. 原理
     2.1 弾性散乱
     2.2 阻止能  
    3. 装置構成  
    4. 分析例
     4.1 薄膜の深さ方向組成分析
     4.2 薄膜の密度分析
     4.3 エピタキシャル薄膜のイオン注入損傷評価

   第2項 TOF-SIMS  …… (加連 明也) 
    1. SIMSの原理と特徴
     1.1 SIMSの原理
     1.2 TOF-SIMSの装置
     1.3 TOF- SIMSの特徴
    2. TOF-SIMSにおける検出深さ  
    3. クラスター一次イオン

   第3項 ISS  …… (左右田 龍太郎)   
    1. ISSによる表面組成分析
    2. ISSによる表面結合状態の解析
    3. ISSによる表面構造解析および薄膜成長過程の観察

    第4項 PIXE  ……(石井 慶造)   
    1. 粒子線励起によるX線の発生
    2. 粒子線励起X線を用いた元素分析
    3. PIXE法を用いた元素分布の画像解析
    4. PIXE法で用いられる加速器

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第3節 X線による分析

   第1項 X線光電子分光法(ESCA)  ……(中川 善嗣)   
    1. ESCAの概要
    2. ESCAの原理
    3. ESCA装置
    4. データ処理および解析
    5. 高度な測定テクニック
    6. 薄膜分析への応用例:Siウエハ表面の酸化膜の角度分解測定

   第2項 逆光電子分光法  …… (仲武 昌史)   
    1. 原理
    2. 装置
     2.1 電子銃
     2.2 光検出器
      2.2.1 バンドパス型光検出器  
      2.2.2 エネルギー分散型光検出器
    3. 測定

   第3項 蛍光X線分析  …… (早川 慎二郎)   
    1. 蛍光X線分析
    2. 蛍光X線の理論強度式
    3. 検出限界(detection limit:DL)
    4. 薄膜の蛍光X線スペクトルと2次励起効果

   第4項 X線吸収スペクトル  …… (辻 淳一)   
    1. 原理
    2. XAFSの測定法
    3. 測定事例
     3.1 測定内容
     3.2 膜厚の異なる試料のSi K端XANESスペクトル
     3.3 化学構造の異なる試料のSi K端XANESスペクトル

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第4節 光による分析

   第1項 赤外分光法  …… (森田 成昭,尾崎 幸洋)   
    1. 外部反射法と内部反射法
    2. 空間分解測定
    3. 分光スペクトルデータの解析

   第2項 ラマン分光法  …… (吉川 正信)   
    1. ラマン分光法を用いた表面分析方法の原理 と特徴
     1.1 全反射法(ATR)の原理と応用例
     1.2 SERS効果を利用した表面分析例
     1.3 共鳴ラマン効果を利用した薄膜の分析法   
     1.4 導波路法を利用した薄膜の分析法
     1.5 近赤外ラマン分光法を用いた深さ方向の構造解析

   第3項 フォトルミネッセンス  …… (鎌田 憲彦)   
    1. 薄膜評価におけるフォトルミネッセンス
    2. 内部量子効率とキャリア再結合寿命
    3. フォトルミネッセンススペクトル
    4. 非発光再結合過程のフォトルミネッセンス 評価
    5. 近接場フォトルミネッセンス

   第4項 偏光解析法(エリプソメトリー)  …… (矢口 裕之)

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第5節 化学的手法による分析

   第1項 ICP-AES  …… (溝口 康彦)   
    1. ICP-AESの概要
    2. 薄膜を対象としたICP-AESの適用例
    3. 薄膜の分析方法
    4. 分析事例

   第2項 GD-OES(GDS)  …… (中村 龍人)   
    1. 原理と特長
    2. 測定手順
    3. データ解釈時の注意点と定量化

   第3項 ICP-MS  …… (坂口 晃一)   
    1. ICP-MSの概要
    2. 薄膜への適用例
    3. 薄膜の分析方法
    4. Si系薄膜(SiO2,Si3N4 など)の不純物分析
    5. 非Si系金属薄膜の不純物分析

   第4項 GDMS  …… (一ノ瀬 尊之)   
    1. GDMSの概要
    2. 装置
    3. 特徴
    4. 薄膜の分析方法
    5. 薄膜への適用例(バルク分析)
    6. 深さ方向分析例

   第5項 LC-MS  …… (韋 宏)   
    1. LC-MSについて
     1.1 HPLCによる分離
     1.2 質量分析
      1.2.1 質量分析計
      1.2.2 イオン化法
     1.3 マススペクトル
      1.3.1 同位体ピーク
      1.3.2 精密質量
    2. 有機デバイスへの適用例

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第4章 先端的薄膜評価技術

第1節 3次元観察・計測による薄膜ナノ構造の評価
       …… (陣内 浩司) 

    1. 3次元観察・計測法の概要

    2. 3次元観察・計測を用いた薄膜の研究例
     2.1 ブロック共重合体薄膜におけるナノ構造の精密3次元観察
     2.2 ブロック共重合体薄膜における構造転移の3次元観察
     2.3 中性子散乱法と3次元計測の組み合わせによる
        ブロック共重合体薄膜の構造解析

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第2節 表面プラズモンによる薄膜構造,組成評価

   第1項 基礎理論  …… (岡本 隆之)   
    1. 表面プラズモンとは
    2. 局在型表面プラズモン
    3. 伝搬型表面プラズモン
    4. 空間伝搬光と伝搬型表面プラズモンとの結合

   第2項 有機薄膜への応用  ……(梶川 浩太郎) 

   第3項 光機能性材料への応用  …… (梶川 浩太郎) 

   第4項 バイオ分野への応用  …… (玉田 薫)   
    1. 伝搬型SPRセンサ
    2. SPRイメージング法
    3. プラズモン増強蛍光法
    4. 局在SPRセンサ
    5. 細胞接着の直接観察

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第3節 放射光を用いた分析

   第1項 (放射光を用いた)X線反射率法
         …… (木村 滋,坂田 修身)   
    1. X線反射率法の原理
    2. 放射光を利用する意義
    3. 異常散乱現象を利用するX線反射率法

   第2項 薄膜回折:電場印加下その場測定の紹介
         …… (坂田 修身,木村 滋)
    1. 薄膜回折でわかること
    2. 結晶性薄膜のX線回折とユニポーラ分極の同時測定

   第3項 XAFS  …… (宇留賀 朋哉)   
    1. 放射光XAFS計測法の概要
    2. 平面空間分解XAFS計測法
    3. 深さ分解XAFS計測法
    4. 時間分解XAFS計測法
    5. 今後の展望
 
   第4項 X線磁気円二色性(XMCD)による磁気状態の分析
         …… (雨宮 健太)
    1. XMCDの特長
    2. 測定方法と留意点
    3. 磁気モーメントの見積もり
    4. 深さ分解XMCD法

   第5項 光電子分光 …… (組頭 広志) 

   第6項 X線吸収分光法(XAS)およびX線発光分光法 (XES)
        による化学状態,電子状態の分析  
          ……(雨宮 健太)   
    1. XASの特長
    2. 測定方法と留意点
 
    3. 深さ分解XAS法
    4. 発光分光(XES)法

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第4節 中性子線(JRR-3, J-PARC)を利用した分析
       ……
(武田 全康)

    1. 中性子の基本情報

    2. JRR-3と物質・生命科学実験施設(J-PARC)
     2.1 研究用原子炉(研究用3号炉 JRR-3)   
     2.2 物質・生命科学実験施設(MLF)

    3. 飛行時間法(Time Of Flight法:TOF)

    4. 結晶構造解析(結晶回折計)

    5. 表面・界面評価(中性子反射率計)
     5.1 中性子反射率計とは
     5.2 TOF法による中性子反射率測定
     5.3 中性子反射率測定例(高分子薄膜)
     5.4 中性子反射率測定例(磁性多層膜)
     5.5 中性子反射率測定用試料について
     5.6 国内の中性子反射率計の今後

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第5節 テラヘルツ波を用いた薄膜評価  …… (長島 健,萩行 正憲) 

    1. テラヘルツ分光法の基礎

    2. 透過法による薄膜測定例と感度向上の ための工夫

    3. テラヘルツ・エリプソメトリーによる 薄膜評価
     3.1 テラヘルツ・エリプソメトリーの概要
     3.2 エリプソメトリーの原理
     3.3 エリプソメトリーの THz-TDSへの適用
     3.4 半導体薄膜の測定例
     3.5 高誘電率材料 SrTiO3薄膜の誘電特性評価

    4. 今後の展望

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第6節 有機薄膜の形状・構造・組成評価

   第1項(1) 偏光顕微鏡観察  …… (峯廻 洋美) 
     1. 偏光顕微鏡

   第1項(2) 光電子顕微鏡  …… (斉木 幸一朗)   
    1. PEEMの概要
    2. PEEMの観察例  
     2.1 ペンタセンの核形成過程
     2.2 ボトムコンタクト型TFTを模したAu電極を配置した
        基板上での成長
     2.3 Au電極を自己組織化膜で修飾した場合の成長

   第1項 (3) 原子間力顕微鏡観察  ……(山田 寿一)   
    1. 有機材料薄膜のAFM観察
    2. 観察事例

   第1項(4) 走査型プローブ顕微鏡による電荷/電位マッピング
          …… (中村 雅一)

   第2項 有機薄膜のX線回折  …… (吉田 弘幸)   
    1. 薄膜X線回折の原理
    2. 有機薄膜の結晶構造
     2.1 面外回折  
     2.2 面内回折
     2.3 逆格子マップ法
     2.4 電子線回折
    3. 結晶子の配向
     3.1 面外回折,面内回折
     3.2 極点測定
     3.3 ロッキングカーブ測定

   第3項(1) 赤外・ラマン分光  ……(古川 行夫)   
    1. 分子配向 −デーベのRATIO法
    2. アモルファス状態と結晶
    3. 化学ドーピング
    4. 有機半導体薄膜の光誘起・電場誘起キャリア
    5. 電場印加に伴う分子配向の変化

   第3項(2) 有機薄膜における軟X線吸収分光法  …… (奥平幸司) 
    1. NEXAFSの由来−電子構造の情報
    2. 複雑な有機分子や高分子へのNEXAFSの応用
    3. スペクトルの角度依存−分子配向に関する 情報
    4. 非占有軌道の電子状態

   第3項(3) 光電子分光  …… (中山 泰生)   
    1. 光電子分光法の原理と試料帯電(チャージ アップ)問題
    2. 実際の光電子スペクトルと基本的なデータ 解析法

   第4項(1) 原子間力顕微鏡による表面解析  …… (石田 尚之) 
 
   第4項(2) 水晶振動子マイクロバランス(QCM)による表面解析
          …… (石田 尚之)

   第4項(3) 表面プラズモン共鳴を用いた表面解析
          ……
(福田 伸子)
    1. 表面プラズモン共鳴について
    2. SPR を用いた有機超薄膜の計測

   第4項(4) 走査型近接場光学顕微鏡による表面解析
           ……
(山本 典孝)
 
   第4項(5) 走査型トンネル顕微鏡による表面解析
           ……(吉川 佳広,三宅 晃司)
    1. 化学吸着系SAMのSTM  
    2. 物理吸着系SAMのSTM

   第4項(6) 和周波発生分光法による界面分子配列解析
           …… (宮前 孝行) 

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第U部 基本物性測定

第1章 電気的手法による薄膜物性評価

第1節 導電特性の評価

   第1項 抵抗率の測定  …… (野矢 厚)   
    1. シート抵抗
    2. 抵抗率の測定
    3. 抵抗温度係数
    4. 3端子法

   第2項 拡がり抵抗の測定  …… (野矢 厚)   
    1. 拡がり抵抗測定
    2. 2探針での測定
    3. 走査型拡がり抵抗顕微鏡
    4. SSRMによる計測の実際

   第3項 接触抵抗の測定  …… (野矢 厚)   
    1. 接触抵抗
    2. TLM法
    3. 円形電極を用いた測定
    4. 測定例

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第2節 半導体特性の評価

   第1項(1) CV法を用いたキャリア特性の測定  ……(濱村 浩孝) 

   第1項(2) ホール効果を用いたキャリア特性の測定
           ……(波多野 睦子)   
    1. ホール効果
    2. 測定方法

   第1項(3) キャリア特性の深い準位の測定  …… (大串 秀世) 

   第2項 接合界面特性の測定(1) ショットキー接合  …… (島 明生)   
    1. ショットキーダイオード
    2. 電流−電圧特性
    3. 電圧容量特性

   第2項 接合界面特性の測定(2) pn接合  …… (島 明生)   
    1. pnダイオード
    2. 電圧容量特性
    3. 順バイアス時の電流−電圧特性

   第2項 接合界面特性の測定(3) MIS接合  …… (峰 利之) 

   第3項 高電界特性の測定  ……(湊 忠玄,浅野 種正)

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第3節 誘電・絶縁特性の評価

   第1項 誘電特性の測定  …… (岩本 光正)   
    1. 測定の原理
    2. 分極電荷量,比誘電率の評価

   第2項 絶縁特性の測定  ……(岩本 光正)   
    1. 電流−電圧特性評価
    2. 絶縁性能・耐電界性の評価,劣化診断

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第4節 超伝導特性の評価

   第1項 臨界温度・電流密度およびそれらの磁界特性の測定
         …… (明連 広昭)
    1. 臨界温度の測定
    2. 臨界電流の測定
    3. 磁場中での特性評価

   第2項 接合特性の測定  ……(明連 広昭)   
    1. ジョセフソン接合の特性評価
    2. ジョセフソン接合の磁場特性
    3. ジョセフソン接合のマイクロ波照射特性

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第2章 磁気的手法による薄膜物性評価

第1節 薄膜の磁化測定  …… (岡本 聡)

   1. 各種の磁化測定法   
    1.1 振動試料型磁力計(VSM)
    1.2 超電導量子干渉素子(SQUID)磁力計
    1.3 交番力型磁力計(AGM)

   2. 薄膜における磁化測定の留意点

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第2節 透磁率  …… (薮上 信)

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第3節 磁気異方性測定

   第1項 磁気トルク測定  ……(稲葉 信幸) 

   第2項 磁気共鳴法  …… (曽根原 誠,佐藤 敏郎) 

   第3項 磁化曲線からの解析  …… (岡本 聡) 
    1. 一軸異方性を有する単磁区試料の場合
     1.1 磁化曲線の積分(もしくは傾き)から決定する方法
     1.2 Sucksmith-Thompson(ST)法
     1.3 一般化したSucksmith-Thompson(GST)法
    2. 無配向試料の場合
     2.1 特異点検出法
     2.2 修正Sucksmith-Thompson法

   第4項 交換結合バイアス異方性の評価  …… (中谷 亮一)
    1. 磁化曲線から求める方法
    2. 電子スピン共鳴実験により求める方法

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第4節 磁歪測定  …… (川井 哲郎) 

    1. 薄膜の磁歪測定方法

    2. 片持ち梁のそりによる磁歪測定

    3. 磁気特性の応力依存性による磁歪測定

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第5節 磁気イメージング 

   第1項 磁気イメージングの概要とビッター法  …… (二本 正昭)   
    1. ビッター法
    2. ビッター法による磁区構造の観察

   第2項 磁気力顕微鏡  …… (齊藤 準)   
    1. 原理
    2. 測定の手順
    3. 画像データの信頼性を高めるために

   第3項 磁気光学法  …… (中川 活二) 

   第4項 ローレンツ顕微鏡  …… (塚原 園子) 
    1. ローレンツTEM用TEMと試料設定
    2. ローレンツ力とローレンツTEMの磁区観察形態
     2.1 偏向図形
     2.2 焦点ずらし像
     2.3 フーコー法
    3. 磁区と磁壁の典型的なローレンツTEM像観察例

   第5項 スピンSEM法  ……(小池 和幸) 

   第6項 放射光による磁気イメージング  ……(中村 哲也) 
    1. 放射光による磁気イメージングの特徴
    2. 光電子顕微鏡による磁区観察
    3. 透過X線顕微鏡の利用
    4. フーリエ変換ホログラフィー法
    5. 硬X線による磁気イメージング

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第6節 スピントロニクス評価 

   第1項 磁気抵抗評価(GMR,TMR)  …… (小西 克典,鈴木 義茂)   
    1. 磁気抵抗効果
    2. MR効果の測定法
    3. CIPT測定
    4. 非局所MR測定

   第2項 スピンダイナミクス評価  …… (小西 克典,鈴木 義茂)
    1. スピンダイナミクス
    2. スピン注入磁化反転
    3. スピントルク発振
    4. スピントルクダイオード

   第3項 ホール効果(異常ホール効果,ホール効果)
        ……(高梨 弘毅,関 剛斎)

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第3章 光学的手法による薄膜物性評価

第1節 分光反射率・透過率・吸収率・ 吸収係数  …… (吉田 貞史) 

    1. 薄膜の光学測定
     1.1 光学測定と反射率・透過率・吸収係数の導出   
      1.1.1 光学測定
      1.1.2 絶対反射率の測定法
      1.1.3 薄膜の反射率・透過率の算出
      1.1.4 薄膜の吸収係数の導出
     1.2 特殊な薄膜の光学測定
      1.2.1 粗表面・粗界面の取り扱い
       (1) 表界面の凹凸が光の波長と同程度あるいは大きい場合
       (2) 表界面の凹凸が光の波長よりずっと小さい場合
      1.2.2 不均質膜の取り扱い
       (1) 膜厚方向に光学的性質が変化している膜
       (2) 多相混合膜
      1.2.3 異方性膜の取り扱い

    2. 光学定数・誘電率を求める
     2.1 光学定数を求める
       2.1.1 透明膜の場合
       2.1.2 吸収膜の場合
     2.2 Kramers-Kronigの関係式を用いて
     2.3 バンド間遷移と吸収係数
     2.4 誘電関数モデルを用いた解析
     2.5 SiCホモエピ膜の膜厚,キャリヤ濃度,
        移動度の分布の同時測定

    3. 薄膜の特異な光学特性とその応用
     3.1 光学的に見た薄膜の特徴
     3.2 表面分極の効果:縦波と光(横波)のカップリング  
      3.2.1 プラズモン
      3.2.2 LO,TOフォノン
     3.3 島状膜の異常光吸収

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第2節 発光特性評価  …… (矢口 裕之) 

    1. バンドギャップの評価

    2. ヘテロ構造の評価  

    3. 不純物の評価

    4. 発光マッピング測定

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第3節 非線形光学特性  …… (近藤 高志) 

    1. 2次非線形光学特性

    2. 3次非線形光学特性
     (1) THG法
     (2) Zスキャン法

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第4節 導波路特性  …… (近藤 高志) 

    1. 導波路における光伝搬

    2. 導波路材料の評価
     (1) 干渉法
     (2) 楕円偏光解析法(エリプソメトリー)
     (3) プリズムカップリング法

    3. 導波路特性の評価
     (1) プリズムカップリング法
     (2) ファブリ・ペロー法
     (3) カットバック法

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第4章 薄膜の力学的物性評価法

第1節 付着 

   第1項 引き剥がし試験  …… (鈴木 すすむ)
    1. 引き剥がし試験の種類
    2. テープテスト,クロスカット試験
    3. 接着剤を用いた引張試験
    4. はんだ付けを用いた引張試験

   第2項 スクラッチ試験(Scratch Test)  …… (金原 粲)
    1. 測定原理
    2. 測定装置
    3. 剥離点の決定
     3.1 音響変動の検出
     3.2 摩擦変化の検出
    4. スクラッチ法の利点
    5. スクラッチ法の欠点
    6. スクラッチとは何をすることか
    7. 剥離荷重(力)から応力,エネルギー密度を導出

   第3項 ナイフカッティング法  ……(斎藤 文修)   
    1. ナイフカッティング法
    2. ナイフカッティング(SAICAS)法の原理
    3. ナイフカッティング(SAICAS)法による測定例

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第2節 内部応力 

   第1項 基板変形  …… (馬場 茂)
    1. 測定
    2. 膜厚変化σ(t )
    3. 真性内部応力と熱応力
    4. Stoneyの公式について

    第2項 X線回折(格子定数)法  …… (馬場 茂)   
    1. 基本測定
    2. 応用測定

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第3節 硬さ・摩擦・磨耗

   第1項 ナノ硬度とナノインデンテーション法  ……(稲川 幸之助)
    1. ナノインデンテーション法の概要
    2. ナノインデンテーション法による硬さの表記と解析法
    3. Oliver-Pharr法

   第2項 ナノインデンテーション法の規格化  …… (稲川 幸之助)
    (1) マルテンス硬さ(HM)
    (2) 試験力−押し込み深さ曲線の勾配から求める
       マルテンス硬さ(HMs)
    (3) 押し込み硬さ(HIT)

   第3項 ナノインデンテーション法による硬さ測定例
         …… (稲川 幸之助)
    1. Ti N膜
    2. Cr N膜
    3. DLC膜およびC-N膜
    4. Auめっき皮膜
    5. low-k
 
   第4項 ナノ硬度とビッカース硬度の相関  …… (稲川 幸之助) 

   第5項 超硬質膜の摩擦  …… (渡部 修一) 

   第6項 AFMスクラッチ・硬さ・付着  …… (梅村 茂)   
    1. AFMナノウェア試験による薄膜の耐摩耗性・ 密着性の評価方法
     1.1 AFMナノウェア試験における荷重と 摩耗深さの関係
     1.2 評価方法の検証実験
     1.3 ダイヤモンド探針摩耗に対する試験法 としての対処方法
    2. AFM測定モードによるスクラッチ部の 表面形状の差異

   第7項 従来式の微小硬さの測定  …… (馬場 茂)
    1. ビッカース硬さ
    2. ヌープ硬さ
    3. ロックウェル硬さ
    4. ブリネル硬さ

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第4節 弾性率 

   第1項 ナノインデンテーション  …… (大川 登志郎) 
    1. スネッドン(Sneddon)の弾性接触解
     (1) 半径aの円柱型圧子の場合
     (2) 円錐型圧子の場合
     (3) 球型圧子の場合
    2. ナノインデンテーションによるヤング率の算出方法
     (1) 剛性S の求め方
     (2) 接触深さhc の算出方法
     (3) 接触投影面積A の求め方
     (4) ヘルツ接触理論を用いたヤング率の算出方法

   第2項 振動リード法  …… (馬場 茂) 
    1. 片持ち梁(cantilever)の横振動
    2. 装置構成と測定
     (1) 装置
     (2) 実験環境

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第5章 薄膜の熱物性評価法

第1節 放射率  …… (石井 順太郎) 

    1. 放射率の測定法
     1.1 放射測定法(Radiometric Method)
     1.2 反射測定法(Reflective Method)
     1.3 熱量測定法(Calorimetric Method)

    2. 分離黒体法による薄膜材料の室温付近の
      分光放射率測定例
     2.1 測定原理
     2.2 測定装置
     2.3 測定の手順とアルゴリズム
     2.4 インターフェログラムの位相補正
     2.5 薄膜材料の分光放射率データ
     2.6 分光放射率データの不確かさ評価
      2.6.1 分光放射輝度測定に関する不確かさ
       (1) 基準黒体炉の放射輝度に関する不確かさ
       (2) FT-IR分光放射計の非線形応答に関する不確かさ
       (3) 面積効果に関する不確かさ
      2.6.2 試料表面温度値決定に関する不確かさ
      2.6.3 試料表面での反射の影響に関する不確かさ
      2.6.4 測定データのばらつきに関する不確かさ
      2.6.5 その他の不確かさ

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第2節 サーモリフレクタンスによる 測温技術  …… (清水 祐公子)  

    1. 測定装置

    2. 測定精度・感度の検証
     2.1 温度分解能
     2.2 空間分解能
     2.3 時間分解能

    3. 反射率の温度依存性の測定

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第6章 薄膜の化学的物性評価

第1節 親水性と撥水性  …… (石崎 貴裕)

    1. ぬれ性と表面張力
     1.1 固体表面のぬれ性と接触角
     1.2 表面張力
     1.3 表面張力と接触角の関係(Youngの式)

    2. 接触角の算出法
     2.1 静的接触角の求め方
     2.2 接線法
     2.3 θ/2法
     2.4 静的接触角の測定例  
     2.5 動的接触角の測定方法
      2.5.1 拡張収縮法
      2.5.2 転落法(滑落法)

    3. 測定時の問題点と注意点
     3.1 接触角のばらつき
     3.2 表面汚染の影響
     3.3 表面帯電の影響
     3.4 液滴の自重による影響

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第2節 ガスバリア性  ……(宇山 晴夫)  

    1. ガスバリアフィルム

    2. ガス透過とガスバリアフィルム
     2.1 ガスバリアフィルムの必要性
     2.2 ガスバリアフィルムとガスの透過
     2.3 ガスバリア膜の設計
     2.4 ガスバリアフィルムの作製方法

    3. ガスバリアフィルムの評価
     3.1 ガスバリア膜の設計
     3.2 ガスバリアフィルムの評価

    4. 最近の話題

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第3節 電池電極特性  …… (上野 智永,齋藤 永宏)

    1. 電池の基礎と種類

    2. 電極反応の基礎
     2.1 電気二重層

    3. 電池電極材料の物性評価方法
     3.1 電気化学測定
      3.1.1 導電率測定
      3.1.2 インピーダンス測定
      3.1.3 サイクリックボルタンメトリー
      3.1.4 容量測定
     3.2 電極材料評価
      3.2.1 細孔径分布測定
      3.2.2 分光分析法
      3.2.3 走査型プローブ顕微鏡によるin-situ計測
      3.2.4 TEMによる分析
      3.2.5 SEMによる分析

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第4節 抗菌性  …… (砂田 香矢乃,大崎 寿)   

    1. 定義と工業標準

    2. 抗菌作用の発現機構
     2.1 抗菌材料の抗菌メカニズム
     2.2 光触媒材料の抗菌メカニズム

    3. 抗菌評価の実際
     3.1 試験に用いる細菌
     3.2 フィルム密着法による抗菌活性評価方法 (JIS Z 2801)
      @試験菌の前培養
      A試験菌液の調製
      B試験菌液の接種
      C試験片の培養
      D試験片からの菌液の回収
      E生菌数の測定
      F生菌数の計算
     3.3 抗菌活性値の算出
     3.4 光触媒材料に対する抗菌活性評価方法 (JIS R 1702)

    4. 抗菌技術の展開と将来動向

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第7章 有機薄膜の物性評価

第1節 電気的手法による有機薄膜物性評価 

   第1項 過渡光電流解析(Time-of-flight法)  ……(北村 雅季)
    1.  測定原理
    2.  過渡電流波形
    3.  測定試料
    4.  縦方向移動度の測定
    5.  横方向移動度の測定

   第2項 ホール効果  …… (山本 浩史,田嶋 尚也) 
    1. 原理
    2. 測定の実際

   第3項 高周波伝導特性  …… (北村 雅季)
    1. 有機薄膜トランジスタの動特性評価
    2. 有機 FETの高周波等価回路
    3. 電流利得遮断周波数の測定
    4. スイッチング特性

   第4項 多層薄膜のインピーダンス分光解析  …… (奥本 肇)
    1. インピーダンス分光とは
    2. 有機EL素子への適用例
    3. 応用展開

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第2節 光学的手法による有機薄膜物性評価  …… (松井 弘之)
 

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第V部 薄膜の応用事例とその性能評価法

第1章 LSIの評価

第1節 LSI評価の概要  ……(矢野 史子)   

    1. LSI評価の特徴

    2. 特性ばらつき要因の評価
 

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第2節 インラインQC  …… (山崎 裕一郎)   

    1. インライン計測技術
     1.1 CD計測
     1.2 パターン形状計測
     1.3 高さ計測

    2. ウエハ欠陥検査技術
     2.1 パーティクル検査技術  
     2.2 ウエハパターン欠陥検査技術
   

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第3節 故障解析  ……(二川 清,三井 泰裕)

    1. 故障解析の役割と目的

    2. 故障解析の手順
     [STEP 1] 故障状況把握
     [STEP 2] 外観異常観察
     [STEP 3] 電気的特性測定
     [STEP 4] 再現試験
     [STEP 5] パッケージ内部非破壊観測
     [STEP 6] チップ露出
     [STEP 7] 故障箇所絞込み
     [STEP 8] 物理化学解析
     [STEP 9] 根本原因究明
     [STEP 10] 対策

    3. 故障解析事例
     3.1 絞込みにおける事例:各種手法を総動員
     3.2 絞込み−物理解析における事例:
        SRAMシングルビット故障解析
     3.3 物理解析における事例:耐熱コンタクト高抵抗故障解析

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第2章 ワイドギャップ半導体デバイス
:欠陥評価とデバイス特性

第1節 SiCパワーデバイス

   第1項 SiCパワーデバイスの課題  …… (先崎 純寿)
    1. SiCパワーデバイスの特徴
    2. SiCパワーデバイス開発の現状
    3. SiCパワーデバイス解析評価における課題
 
   第2項 SBD  ……(藤原 広和)
    1. SiCエピウエハの結晶欠陥
    2. 刃状転位およびらせん転位がリーク電流に及ぼす影響
    3. 今後の課題

   第3項 MOSFET  ……(先崎 純寿) 
    1. SiC-MOS界面特性評価
     1.1 容量−電圧(C-V )測定によるMOS界面特性評価
     1.2 Hall 効果を用いたSiC-MOSFET特性評価
    2. SiCゲート絶縁膜信頼性評価
     2.1 ゲート絶縁膜信頼性とSiCウエハ欠陥
     2.2 ゲート絶縁膜のリアルタイム発光像観察

   第4項 PiNダイオードにおけるリーク解析  …… (米澤 喜幸) 
    1. MOSFET工程と歩留り
    2. 実験方法とその結果および考察
     2.1 低耐圧エピ接合PiNダイオード解析
     2.2 イオン注入なしの場合のリーク欠陥解析
     2.3 3Dトポによるリーク欠陥解析
     2.4 Al+イオン注入時のリーク欠陥解析

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第2節 GaNパワーデバイス

   第1項 GaN の欠陥とデバイス特性  …… (水谷 孝)

   第2項 事例 1:SBD  …… (上田 哲三) 

   第3項 事例 2:FET  …… (上田 哲三) 

   第4項 事例 3:HBT  …… (牧本 俊樹) 
    1. ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)
    2. HBTにおける電流密度特性と降伏電界強度特性
    3. パワーデバイスとしての窒化物半導体HBTの可能性

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第3節 LED照明  …… (岩橋 友也)

    1. 白色 LED照明の発光方式
     1.1 白色LED光源の方式
     1.2 白色LEDモジュールの構造
 
    2. LED照明の評価項目と方法
     2.1 特性評価
      2.1.1 積分球サイズの選定
      2.1.2 積分球の校正
      2.1.3 測定誤差の低減
     2.2 信頼性
     2.3 光の質
     2.4 LED照明器具の安全性(蛍光灯タイプ)
      (1) ランプ構造
      (2) 専用電源
      (3) 主要スペック

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第3章 薄膜太陽電池

第1節 薄膜太陽電池モジュールの構成  …… (中島 昭彦)

    1. 薄膜太陽電池セルの種類
 
    2. 薄膜太陽電池セルのモジュール構造

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第2節 太陽電池モジュール用部材の基礎  …… (増田 淳)

    1. 太陽電池モジュールの構成

    2. モジュール化技術

    3. モジュール部材に要求される特性

    4. モジュールの信頼性試験

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第3節 太陽電池モジュール用周辺エッジ シール材
        
……
(戸田 道夫) 

    1. エッジシール材の必要性とB-Dryの開発

    2. B-Dryを使用したモジュール構造
     2.1 標準構造
     2.2 バイレイヤー構造

    3. B-Dryによる水分バリアのメカニズム

    4. ブレークスルータイム/ラグタイムの考え方と実例

    5. B-Dryの接着性

    6. B-Dryの電気的特性

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第4節 太陽電池モジュールの製造装置: ケーシング技術  
       ……(仲濱 秀斉)

    1. 太陽電池モジュールの構造と部材
     1.1 スーパーストレート方式
      (1) ガラス基板
      (2) インターコネクタ
      (3) 封止材
      (4) バックシート
      (5) 端面シール
      (6) フレーム
      (7) 端子ボックス

    2. 太陽電池モジュール製造ラインにおける材料から見た
      重要な製造装置
     2.1 はんだ配線機
     2.2 ラミネート加工
      2.2.1 ラミネータについて
      2.2.2 インラインでのラミネート加工
      2.2.3 ラミネータの構造
      2.2.4 EVA封止材のラミネート加工中の化学反応
      2.2.5 ラミネート加工の流れ
      2.2.6 ダイアフラムの役割と開発状況
      2.2.7 ラミネータレシピ決定方法

    3. 太陽電池モジュールの製造技術の今後

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第5節 太陽電池モジュールの信頼性試験  ……(棚橋 紀悟) 

    1. 結晶系太陽電池モジュールとの信頼性試験の差異

    2. 薄膜太陽電池モジュールの劣化モード
     2.1 透明導電膜(TCO)の電気化学腐食
     2.2 エッジデリーションの不適格性
     2.3 シャント抵抗低下 (スクライブ・不純物等の影響)

    3. 薄膜太陽電池モジュールの長期信頼性試験へ向けた取り組み
     3.1 直列抵抗の増大に関する迅速で感度よい試験・評価方法
     3.2 シャント抵抗の低下に関する迅速で感度よい試験・評価方法
     3.3 セル・フレーム間のリーク電流に関する迅速で
        感度よい試験・評価方法

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第6節 太陽電池モジュールの性能評価  ……(菱川 善博) 

    1. 太陽電池性能評価技術の概要

    2. 測定結果に影響する主な要素
     2.1 ソーラシミュレータ光の調整
     2.2 分光感度測定
     2.3 照度ムラ・サンプル形状
     2.4 I -V 特性測定

    3. まとめと今後の課題

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第4章 薄型ディスプレイ

第1節 薄膜トランジスタ

   第1項 無機薄膜トランジスタ  ……(大倉 理)
    1. a-Si TFT
    2. LTPS TFT
    3. TFTの初期特性評価
     3.1 オン電流
     3.2 オフ電流
     3.3 閾値電圧
     3.4 サブスレッショルドスイング
    4. TFTの信頼性評価
     4.1 Vt シフト
      4.1.1 a-Si TFT
      4.1.2 LTPS-TFT
     4.2 ホットキャリア効果
    5. 酸化物半導体(InGaZnO:IGZO)TFT

   第2項 有機薄膜トランジスタ  ……(三成 剛生)
    1. 移動度の算出
    2. コンタクト抵抗に対する補正 (Transfer Line Method)

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第2節 液晶ディスプレイの評価

   第1項 液晶ディスプレイ(LCD)  …… (大江 昌人)  
    1. 液晶と配向膜を中心に
    2. 液晶ディスプレイ(LCD)の構造

   第2項 液晶薄膜と配向膜の多様性と表示モード  …… (大江 昌人)
    1. Twisted Nematic(TN)モード
    2. In-Plane Switching(IPS)モード
    3. Vertical Alignment(VA)モード
    4. 光配向

   第3項 LCDデバイスとしての評価  …… (大江 昌人)   
    (1) 透過率
    (2) コントラスト
    (3) 視野角
    (4) 駆動電圧
    (5) 応答速度
    (6) 色純度

   第4項 液晶薄膜と配向膜バルク特性  …… (大江 昌人)
    1. 配向性
    2. 複屈折(リタデーション)
     2.1 コンペンセータの利用
     2.2 セナルモン法
     2.3 スペクトル計測
     2.4 その他
    3. 屈折率
     3.1 Abbeの屈折計
     3.2 プリズム偏角法
     3.3 干渉法
    4. プレチルト角
    5. 誘電率
    6. 弾性定数
    7. その他

   第5項 配向膜近傍の液晶超薄膜  …… (大江 昌人)
    1. アンカリング強度
     1.1 極角アンカリング
     1.2 方位角アンカリング
    2. その他

   第6項 非線形光学による界面分子配向解析  ……(大江 昌人)

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第3節 有機ELディスプレイの評価

   第1項 有機ELの発光効率評価  …… (松波 成行)
    1. 有機ELにおける発光効率
    2. 外部量子効率の定義
    3. 実験詳細
     3.1 発光効率を測定するための試験素子
     3.2 光検出の方法と輝度計の種類
     3.3 輝度計の特長
      @光パワーメーター
      A分光放射輝度計
      B色彩輝度計
    4. 外部量子効率の測定方法
     4.1 光パワーメーター(Siフォトダイオード)を用いた検出方法
     4.2 分光放射輝度計
    5. 集光方法
     5.1 ゴニオメーター
     5.2 積分球

   第2項 有機EL薄膜の分子配向制御・評価  ……(小簑 剛)
    1. 分子配向の評価
     1.1 配向秩序パラメータ
     1.2 偏光吸収を応用した分子配向評価
     1.3 分光エリプソメトリーによる分子配向評価
    2. 分子配向の制御

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第5章 薄膜磁気メモリ

第1節 薄膜磁気記録媒体  …… (二本 正昭)

    1. 薄膜磁気記録媒体の応用形態

    2. 薄膜磁気記録媒体の構成
     (1) 磁気特性
     (2) 薄膜の構造
     (3) 薄膜の微細組成構造
     (4) 磁区構造

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第2節 磁気記録用ヘッド薄膜  ……(二本 正昭) 

    1. 磁気ヘッド

    2. 記録ヘッド用磁性薄膜
     (1) 軟磁性薄膜の基本特性
     (2) 磁気記録ヘッド素子の動作特性

    3. 再生磁気ヘッド用磁性薄膜

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第6章 有機薄膜デバイス

第1節 有機薄膜発光ダイオードの 特性評価  …… (高田 徳幸) 

    1. はじめに

    2. 過渡EL法
     (1) ゾーンT:キャリア移動度評価
     (2) ゾーンU:キャリア/トラップ密度評価
     (3) ゾーンV:空間電荷形成電界

    3. 界面評価のための光学シミュレーション解析法

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第2節 有機薄膜太陽電池の評価  …… (山成 敏広) 

    1. 有機薄膜太陽電池の概要

    2. 有機薄膜太陽電池研究の歴史

    3. 有機半導体材料

    4. 太陽電池素子の作製
     4.1 低分子蒸着系
     4.2 高分子塗布系

    5. 性能の評価
     5.1 光照射下での劣化
     5.2 大気中暗所保存での劣化
     5.3 劣化部位の可視化

    6. 有機薄膜太陽電池の今後

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第3節 有機薄膜トランジスタの動作解析  …… (松井 弘之)   

    1. 試料作製  

    2. 測定

    3. スペクトル解析

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第7章 バイオセンサ

第1節 ナノ材料薄膜  ……(平田 孝道)   

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第2節 自己組織化膜  …… (久保 いづみ)

    1. 自己組織化膜とその種類
     1.1 自己組織化単分子膜(SAM)
     1.2 Langmuir-Blodgett membrane (LB膜)
     1.3 BLM

    2. 自己組織化膜評価技術
     2.1 膜厚評価法
     2.2 配向性評価
     2.3 接触角測定
     2.4 電気化学測定
     2.5 その他の測定

    3. 自己組織化膜のバイオセンサへの応用
     3.1 DNAセンサ
     3.2 糖鎖を利用したバイオセンサ
     3.3 タンパクを利用したセンサ

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第3節 疑似生体膜  ……(中根 優子) 

    1. 生体膜と相互作用する物質の検出 

    2. 膜タンパク質の疑似生体膜環境中での機能評価

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第4節 分子インプリント  …… (松井 淳)

    1. 分子インプリントとは

    2. 分子インプリントの原理

    3. 分子インプリント材料の特徴

    4. 分子インプリント膜を応用したバイオセンサ
     4.1 電気化学センサ
     4.2 水晶振動子質量計測センサ(QCM)
     4.3 蛍光・カラリメトリーセンサ
     4.4 表面プラズモン共鳴センサ(SPR)
     4.5 反射干渉分光センサ(RIfS)

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第5節 機能積層膜  …… (安斉 順一) 

    1. ラングミュア・ブロジェット膜
 
    2. 交互累積膜
     2.1 交互累積膜の作製と評価
     2.2 交互累積膜のバイオセンサへの利用

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