JP2011187837A - beta-IRON SILICIDE THIN FILM, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND DEVICE FOR MANUFACTURING THIN FILM - Google Patents

beta-IRON SILICIDE THIN FILM, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND DEVICE FOR MANUFACTURING THIN FILM Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a β-iron silicide thin film having light emission capability when excited, a method of manufacturing the same, and a device for manufacturing a thin film. <P>SOLUTION: When using a laser ablation method for irradiating a target 12 formed of iron silicide with a laser to attach scattered particles generated from the target 12 to a silicon substrate 10, the target 12 and the substrate 10 are arranged to be nearly parallel to each other, and rotated such that rotating axes (C<SB>10</SB>and C<SB>12</SB>(C<SB>12'</SB>)) of them are not superposed on each other, to change the laser irradiation part to the target 12, and this β-iron silicide thin film is formed on the substrate 10 while changing the position of the thin film formation part in forming the thin film. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、励起時の発光能を有するβ−鉄シリサイド薄膜、該薄膜の製造方法及び薄膜の製造装置に関する。   The present invention relates to a β-iron silicide thin film having a light emitting ability at the time of excitation, a method for producing the thin film, and an apparatus for producing the thin film.

シリコンは、原料となる資源(ケイ素化合物)が豊富なので、高純度で安価なものを容易に入手でき、しかも毒性が低いなど、安全面及び環境面での優位性が高いことは広く知られている。さらに、結晶を比較的容易に大口径化でき、バンドギャップが1.1eVと適度であって、エピタキシャル成長層を容易に形成できるなど、半導体材料として極めて優れた性質を有し、広く利用されている。
しかしながら、光照射等による励起に伴って発光する発光材料の観点から見ると、シリコンは間接遷移型半導体なので、残念ながら発光材料としては適していない。そして、これまでに開発されたほとんどの発光材料は、シリコンとの間に格子不整合の問題を有しており、毒性が高く、資源が乏しいものであって、安全面及び環境面で大きな課題を有しているものである。例えば、光ファイバ用の光源として使用される、インジウムリン系化合物半導体であるInGaAsPは、As(ヒ素)、P(リン)が人体に有害であり、In(インジウム)、Ga(ガリウム)等の供給も不安定であるなどの問題点を有している。
そこで、ケイ素を構成原子とする材質からなる発光材料の開発が強く望まれている。
Since silicon is abundant in raw materials (silicon compounds), it is widely known that it has high safety and environmental advantages such as high-purity and inexpensive products that are easily available and low in toxicity. Yes. Furthermore, it has a very excellent property as a semiconductor material and can be widely used, such as a crystal having a relatively large diameter, an appropriate band gap of 1.1 eV, and an epitaxial growth layer can be easily formed. .
However, from the viewpoint of a light emitting material that emits light upon excitation by light irradiation or the like, unfortunately, silicon is not suitable as a light emitting material because it is an indirect transition semiconductor. And most of the luminescent materials developed so far have the problem of lattice mismatch with silicon, are highly toxic, have scarce resources, and have significant safety and environmental issues. It is what has. For example, InGaAsP, which is an indium phosphide-based compound semiconductor used as a light source for optical fibers, As (arsenic) and P (phosphorus) are harmful to the human body, and supply of In (indium), Ga (gallium), etc. Has problems such as instability.
Therefore, development of a light emitting material made of a material having silicon as a constituent atom is strongly desired.

このような発光材料の有望なものとしては、ケイ素原子と金属原子とが結合することで種々の特性を示す各種シリサイド半導体が挙げられる。具体的に、代表的なシリサイド半導体としては、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)等の遷移金属を構成原子とする遷移金属シリサイドや、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)等のアルカリ土類金属を構成原子とするアルカリ土類シリサイド等が挙げられる。そして、これらシリサイド半導体のギャップエネルギーは、例えば、FeSiの0.06eVからOsSiの2.3eVまで、広く分布しており、目的に応じて種々選択できる。 Promising examples of such light-emitting materials include various silicide semiconductors that exhibit various characteristics by bonding silicon atoms and metal atoms. Specifically, typical silicide semiconductors include chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os). ), Transition metal silicides containing transition metals such as iridium (Ir), alkaline earth silicides containing alkaline earth metals such as magnesium (Mg), calcium (Ca), barium (Ba), etc. Is mentioned. The gap energy of these silicide semiconductors is widely distributed, for example, from 0.06 eV of FeSi to 2.3 eV of Os 2 Si 3 , and can be variously selected according to the purpose.

なかでも、β−鉄シリサイド(β−FeSi)は、マグネシウムシリサイド(MgSi)、ルテニウムシリサイド(RuSi)と同様に、石英系光ファイバの最低損失波長に一致する現在の通信波長付近にバンドギャップを有しており、さらにシリコン基板上でのエピタキシャル成長が可能であり、禁制帯幅が約0.83eVの直接遷移型半導体であるなど、シリコンの優れた前記性質を有していることに加え、安全面及び環境面でも優れるので、光エレクトロニクスの分野において極めて重要視されている。 Among these, β-iron silicide (β-FeSi 2 ) is the same as the magnesium silicide (Mg 2 Si) and ruthenium silicide (Ru 2 Si 3 ), and the current communication wavelength matches the lowest loss wavelength of silica-based optical fibers. It has the above-mentioned properties of silicon, including a band gap in the vicinity, further capable of epitaxial growth on a silicon substrate, and a direct transition semiconductor having a forbidden band width of about 0.83 eV. In addition, since it is excellent in terms of safety and environment, it is extremely important in the field of optoelectronics.

一方で、β−鉄シリサイドは、当初、その入手が困難であるために、半導体として十分に評価されてこなかった。しかし、1985年に、多結晶のβ−鉄シリサイド薄膜は、その吸光特性から直接遷移型半導体であることが報告された(非特許文献1参照)。さらに、1997年には、p−Si/β−FeSi微結晶/n−Si構造からの赤外(〜1.5mm)エレクトロルミネッセンス(EL)が確認され(非特許文献2参照)、半導体分野で注目されるようになってきた。 On the other hand, β-iron silicide has not been sufficiently evaluated as a semiconductor because it is difficult to obtain at first. However, in 1985, it was reported that a polycrystalline β-iron silicide thin film was a direct transition semiconductor because of its light absorption characteristics (see Non-Patent Document 1). Furthermore, in 1997, infrared (˜1.5 mm) electroluminescence (EL) from a p-Si / β-FeSi 2 microcrystal / n-Si structure was confirmed (see Non-Patent Document 2), and the semiconductor field. It has come to attract attention.

M.C.Bost and F.E.Mahan,J.Appl.Phys.,58,2696(1985)M.M. C. Bost and F.M. E. Mahan, J .; Appl. Phys. , 58, 2696 (1985) D.Leong,M.Harry,K.J.Resson and K.P.Homewood,Nature,Vol.387,12,June,686(1997)D. Leon, M.M. Harry, K.M. J. et al. Resson and K.M. P. Homewood, Nature, Vol. 387, 12, June, 686 (1997)

しかし、励起時の発光能を有するβ−鉄シリサイド薄膜を得るための試みはされているものの、これまでに実用的な製造方法は開示されておらず、したがって、光学素子の材料としての実用的なβ−鉄シリサイドの特性についても、未だ十分に検討されていないのが実情である。   However, although attempts have been made to obtain a β-iron silicide thin film having a light-emitting ability at the time of excitation, a practical manufacturing method has not been disclosed so far, so that it is practical as a material for optical elements. In fact, the characteristics of β-iron silicide have not been sufficiently studied.

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、励起時の発光能を有するβ−鉄シリサイド薄膜、該薄膜の製造方法及び薄膜の製造装置を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the beta-iron silicide thin film which has the light emission ability at the time of excitation, the manufacturing method of this thin film, and the manufacturing apparatus of a thin film.

上記課題を解決するため、
本発明は、レーザを鉄シリサイドからなるターゲットに照射して、該ターゲットから発生する飛散粒子をシリコン基板に付着させるレーザアブレーション法を用いた、β−鉄シリサイド薄膜の製造方法であって、前記ターゲット及び基板を略平行となるように配置し、これらの回転軸が重ならないように回転させ、前記ターゲットへのレーザ照射部位を変化させると共に、薄膜形成時における薄膜形成部位の位置を変化させつつ、前記基板上にβ−鉄シリサイド薄膜を形成することを特徴とするβ−鉄シリサイド薄膜の製造方法を提供する。
本発明のβ−鉄シリサイド薄膜の製造方法においては、前記ターゲットをターゲットホルダに保持し、該ターゲットホルダは、本体部と前記ターゲットを保持する保持部とからなり、前記本体部及び保持部が個別に回転可能とされており、前記本体部及び保持部を個別に回転させて、前記ターゲットへのレーザ照射部位の変化を増大させることが好ましい。
本発明のβ−鉄シリサイド薄膜の製造方法においては、前記基板において、β−鉄シリサイド薄膜の形成面を(111)とすることが好ましい。
また、本発明は、上記本発明の製造方法で製造されたことを特徴とするβ−鉄シリサイド薄膜を提供する。
本発明のβ−鉄シリサイド薄膜においては、β−鉄シリサイドの単結晶を含有することが好ましい。
また、本発明は、レーザをターゲットに照射して、該ターゲットから発生する飛散粒子を基板に付着させるレーザアブレーション法を用いる、薄膜の製造装置であって、前記ターゲット及び基板を略平行となるように配置し、これらの回転軸が重ならないように回転可能に保持するターゲット保持手段及び基板保持手段を少なくとも備えたことを特徴とする薄膜の製造装置を提供する。
また、本発明は、シリコン基板上に形成され、β−鉄シリサイドの単結晶を含有することを特徴とするβ−鉄シリサイド薄膜を提供する。
To solve the above problem,
The present invention relates to a method for producing a β-iron silicide thin film using a laser ablation method in which a target made of iron silicide is irradiated with laser to cause scattered particles generated from the target to adhere to a silicon substrate. And the substrate is arranged so as to be substantially parallel, rotated so that these rotation axes do not overlap, while changing the laser irradiation site to the target, while changing the position of the thin film formation site during thin film formation, A method for producing a β-iron silicide thin film is provided, wherein a β-iron silicide thin film is formed on the substrate.
In the method for producing a β-iron silicide thin film of the present invention, the target is held by a target holder, and the target holder includes a main body portion and a holding portion for holding the target, and the main body portion and the holding portion are individually provided. It is preferable that the main body part and the holding part are individually rotated to increase the change of the laser irradiation site on the target.
In the method for producing a β-iron silicide thin film of the present invention, it is preferable that the formation surface of the β-iron silicide thin film is (111) in the substrate.
The present invention also provides a β-iron silicide thin film produced by the production method of the present invention.
The β-iron silicide thin film of the present invention preferably contains a β-iron silicide single crystal.
The present invention is also a thin film manufacturing apparatus using a laser ablation method in which a target is irradiated with a laser and scattered particles generated from the target are attached to the substrate so that the target and the substrate are substantially parallel to each other. The thin film manufacturing apparatus includes at least a target holding unit and a substrate holding unit that are disposed in the substrate and rotatably hold so that the rotation shafts do not overlap with each other.
The present invention also provides a β-iron silicide thin film formed on a silicon substrate and containing a β-iron silicide single crystal.

本発明によれば、励起時の発光能を有するβ−鉄シリサイド薄膜、該薄膜の製造方法及び薄膜の製造装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the beta-iron silicide thin film which has the light emission ability at the time of excitation, the manufacturing method of this thin film, and the manufacturing apparatus of a thin film can be provided.

本発明のβ−FeSi薄膜の製造方法と薄膜の製造装置を説明するための図である。It is a diagram for explaining a manufacturing apparatus for manufacturing process a thin film of beta-FeSi 2 thin film of the present invention. 実施例1におけるSEMによる薄膜表面の撮像データであり、(a)アニーリング前、(b)アニーリング開始から20時間後の撮像データである。It is the imaging data of the thin film surface by SEM in Example 1, (a) Before annealing, (b) It is imaging data 20 hours after the start of annealing. 実施例1における薄膜のXRDパターンの測定データを示すグラフであり、アニーリング前、並びにアニーリング開始から5、10及び20時間後の測定データを示すグラフである。It is a graph which shows the measurement data of the XRD pattern of the thin film in Example 1, and is a graph which shows the measurement data before annealing, and 5, 10, and 20 hours after an annealing start. 実施例1における薄膜の光の波長と透過率との関係を示すグラフであり、アニーリング前、並びにアニーリング開始から5、10及び20時間後の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength of the light of the thin film in Example 1, and the transmittance | permeability, and is a graph which shows the relationship before annealing, and 5, 10 and 20 hours after an annealing start. 実施例1における薄膜の発光スペクトルを示すグラフであり、アニーリング前、並びにアニーリング開始から1、5、8及び20時間後の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the thin film in Example 1, and is a graph which shows the emission spectrum before annealing, and 1, 5, 8, and 20 hours after an annealing start. 実施例1におけるTEMによる薄膜断面の撮像データであり、アニーリング開始から(a)5時間後、(b)20時間後の撮像データである。It is the imaging data of the thin film cross section by TEM in Example 1, (a) 5 hours after the start of annealing, (b) The imaging data after 20 hours. 実施例1における薄膜の発光スペクトルを示すグラフであり、アニーリング開始から20時間後の測定温度ごとの発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the thin film in Example 1, and is a graph which shows the emission spectrum for every measurement temperature 20 hours after the annealing start. 実施例1における薄膜の発光スペクトルを示すグラフであり、アニーリング開始から20時間後の平均励起パワーごとの発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the thin film in Example 1, and is a graph which shows the emission spectrum for every average excitation power 20 hours after the start of annealing. 図4の単結晶部位の拡大撮像データであり、アニーリング開始から(a)5時間後、(b)20時間後の拡大撮像データである。4 is enlarged image data of the single crystal portion in FIG. 4, (a) enlarged image data after 5 hours and (b) 20 hours after the start of annealing. 実施例1及び参考例1における薄膜の発光スペクトルのA−バンドのピークエネルギー(Ep、単位:eV)と励起パワー密度との関係を示すグラフであり、アニーリング開始から20時間後の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the peak energy (Ep, unit: eV) of the emission spectrum of the thin film in Example 1 and Reference Example 1, and excitation power density, and the graph which shows the relationship 20 hours after the start of annealing. It is. 実施例1及び参考例1における薄膜の励起時の温度とA−バンドのピークエネルギー(Ep、単位:eV)との関係を示すグラフであり、アニーリング開始から20時間後の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature at the time of the excitation of the thin film in Example 1 and Reference Example 1, and the peak energy (Ep, unit: eV) of A-band, and is a graph which shows the relationship 20 hours after the start of annealing. . 参考例1及び実施例1における薄膜の発光スペクトルを示すグラフであり、アニーリング開始から20時間後の測定温度ごとの発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the thin film in the reference example 1 and Example 1, and is a graph which shows the emission spectrum for every measurement temperature 20 hours after the annealing start. 実施例2〜5、及び参考例2〜5におけるAFMによる薄膜の表面粗さ(Ra)の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the surface roughness (Ra) of the thin film by AFM in Examples 2-5 and Reference Examples 2-5. 実施例2〜5における薄膜のXRDパターンの測定データを示すグラフであり、アニーリング開始から20時間後の測定データを示すグラフである。It is a graph which shows the measurement data of the XRD pattern of the thin film in Examples 2-5, and is a graph which shows the measurement data 20 hours after an annealing start. 参考例2〜5における薄膜のXRDパターンの測定データを示すグラフであり、アニーリング開始から20時間後の測定データを示すグラフである。It is a graph which shows the measurement data of the XRD pattern of the thin film in the reference examples 2-5, and is a graph which shows the measurement data 20 hours after an annealing start.

<β−鉄シリサイド薄膜の製造方法及び薄膜の製造装置>
本発明のβ−鉄シリサイド(以下、β−FeSiと記載することがある)薄膜の製造方法は、レーザを鉄シリサイドからなるターゲット(以下、FeSiターゲットと略記することがある)に照射して、該ターゲットから発生する飛散粒子をシリコン基板(以下、Si基板と略記することがある)に付着させるレーザアブレーション法を用いた、β−FeSi薄膜の製造方法であって、前記ターゲット及び基板を略平行となるように配置し、これらの回転軸が重ならないように回転させ、前記ターゲットへのレーザ照射部位を変化させると共に、薄膜形成時における薄膜形成部位の位置を変化させつつ、前記基板上にβ−FeSi薄膜を形成することを特徴とする。
また、本発明の薄膜の製造装置は、レーザをターゲットに照射して、該ターゲットから発生する飛散粒子を基板に付着させるレーザアブレーション法を用いる、薄膜の製造装置であって、前記ターゲット及び基板を略平行となるように配置し、これらの回転軸が重ならないように回転可能に保持するターゲット保持手段及び基板保持手段を少なくとも備えたことを特徴とする。本発明の薄膜の製造装置は、上記本発明のβ−FeSi薄膜の製造方法への適用に、特に好適なものである。
以下、図面を参照しながら、本発明のβ−FeSi薄膜の製造方法、及び薄膜の製造装置について、詳しく説明する。
<Β-Iron Silicide Thin Film Manufacturing Method and Thin Film Manufacturing Apparatus>
In the method for producing a β-iron silicide (hereinafter sometimes referred to as β-FeSi 2 ) thin film according to the present invention, a target made of iron silicide (hereinafter sometimes abbreviated as FeSi 2 target) is irradiated with a laser. A method for producing a β-FeSi 2 thin film using a laser ablation method in which scattered particles generated from the target are attached to a silicon substrate (hereinafter sometimes abbreviated as Si substrate), the target and the substrate Are arranged so as to be substantially parallel to each other, are rotated so that their rotation axes do not overlap, change the laser irradiation site to the target, and change the position of the thin film formation site when forming the thin film, A β-FeSi 2 thin film is formed thereon.
The thin film manufacturing apparatus of the present invention is a thin film manufacturing apparatus that uses a laser ablation method in which a target is irradiated with a laser and scattered particles generated from the target are attached to the substrate. It is characterized by comprising at least target holding means and substrate holding means which are arranged so as to be substantially parallel and are rotatably held so that their rotation axes do not overlap. The thin film production apparatus of the present invention is particularly suitable for application to the above-described method for producing a β-FeSi 2 thin film of the present invention.
The β-FeSi 2 thin film production method and thin film production apparatus of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図1(a)は、本発明のβ−FeSi薄膜の製造方法と薄膜の製造装置を説明するための図であり、薄膜形成時の、Si基板及びFeSiターゲットを製造装置中に配置した状態を示す概略図である。なお、図1は、構成の概略を示すものであり、本発明においては、各構成要素の寸法比率及び形状等は、必ずしもここに示すものに限定されるものではない。 FIG. 1A is a view for explaining a β-FeSi 2 thin film manufacturing method and a thin film manufacturing apparatus according to the present invention, in which a Si substrate and a FeSi 2 target are disposed in the manufacturing apparatus when the thin film is formed. It is the schematic which shows a state. FIG. 1 shows an outline of the configuration, and in the present invention, the dimensional ratios and shapes of the respective components are not necessarily limited to those shown here.

製造装置1は、ここでは要部のみを示しており、真空チャンバ11と、ターゲットを保持するためのターゲットホルダ13と、薄膜を形成する基板を保持するための基板ホルダ14と、レーザ照射部15と、を備える。   The manufacturing apparatus 1 shows only main parts here, and includes a vacuum chamber 11, a target holder 13 for holding a target, a substrate holder 14 for holding a substrate on which a thin film is formed, and a laser irradiation unit 15. And comprising.

レーザ照射部15は、ターゲットホルダ13に保持されたターゲットに対して、レーザ照射を行うものであり、ターゲットへのレーザの照射角度θを調節できるものが好ましい。   The laser irradiation unit 15 performs laser irradiation on the target held by the target holder 13 and is preferably capable of adjusting the laser irradiation angle θ to the target.

真空チャンバ11は、その内部空間110にターゲット及び基板を配置するものである。そして、真空チャンバ11には、減圧手段(図示略)が接続され、該減圧手段を作動させることで、内部空間110を高真空状態に維持可能となっている。さらに、真空チャンバ11には、別途ガス供給手段(図示略)が接続されており、例えば、高真空状態の内部空間110に所望の種類及び量のガスを供給することで、内部空間110をこのガスで満たすことができる。   The vacuum chamber 11 has a target and a substrate arranged in the internal space 110. A decompression means (not shown) is connected to the vacuum chamber 11, and the interior space 110 can be maintained in a high vacuum state by operating the decompression means. Further, a separate gas supply means (not shown) is connected to the vacuum chamber 11. For example, by supplying a desired type and amount of gas to the internal space 110 in a high vacuum state, Can be filled with gas.

ターゲットホルダ13は、保持部13a、軸部13b及び基幹部13cを備え、これらは、中心軸が一致するように構成されている。
保持部13aは略円板状等の板状であり、軸部13bに固定されて、一体化されている。そして、軸部13bは、その中心軸を回転軸C12としてY方向に回転可能とされ、さらに、その中心軸方向と略同一のX方向に進退可能とされ、且つ基幹部13cに保持されている。したがって、保持部13aも回転軸C12の周りにY方向に回転可能とされ、X方向に進退可能とされている。軸部13b及び基幹部13cは、真空チャンバ11の気密性を維持できるように設けられている。
ターゲットホルダ13の材質は、通常のレーザアブレーション装置に用いられているターゲットホルダの場合と同様である。
The target holder 13 includes a holding portion 13a, a shaft portion 13b, and a backbone portion 13c, and these are configured so that the central axes coincide with each other.
The holding portion 13a has a plate shape such as a substantially disk shape, and is fixed to and integrated with the shaft portion 13b. The shaft portion 13b is rotatable with its central axis as the rotation axis C 12 in Y 1 direction, further, is a retractable to its central axis and substantially the same X 1 direction, and holding the core unit 13c Has been. Accordingly, the holding portion 13a is also rotatable Y in one direction about the axis of rotation C 12, and is capable of advancing and retreating in X 1 direction. The shaft portion 13b and the backbone portion 13c are provided so that the airtightness of the vacuum chamber 11 can be maintained.
The material of the target holder 13 is the same as that of the target holder used in a normal laser ablation apparatus.

基板ホルダ14も、ターゲットホルダ13と同様の構成を有している。すなわち、基板ホルダ14は、保持部14a、軸部14b及び基幹部14cを備え、これらは、中心軸が一致するように構成されている。
保持部14aは略円板状等の板状であり、軸部14bに固定されて、一体化されている。そして、軸部14bは、その中心軸を回転軸C10としてY方向に回転可能とされ、さらに、その中心軸方向と略同一のX方向に進退可能とされ、且つ基幹部14cに保持されている。したがって、保持部14aも回転軸C10の周りにY方向に回転可能とされ、X方向に進退可能とされている。ここで、X方向は前記X方向と略同一であることが好ましい。軸部14b及び基幹部14cは、真空チャンバ11の気密性を維持できるように設けられている。
基板ホルダ14の材質は、通常のレーザアブレーション装置に用いられている基板ホルダの場合と同様である。
The substrate holder 14 also has the same configuration as the target holder 13. That is, the substrate holder 14 includes a holding portion 14a, a shaft portion 14b, and a trunk portion 14c, and these are configured so that the central axes thereof coincide.
The holding portion 14a has a plate shape such as a substantially disk shape, and is fixed to and integrated with the shaft portion 14b. The shaft portion 14b is rotatable in Y 2 direction the central axis as the rotation axis C 10, further configured to be moved in the central axis direction substantially the same X 2 direction, and holding the core unit 14c Has been. Accordingly, the holding portion 14a is also rotatable about an axis of rotation C 10 in the Y 2 direction, and is capable of advancing and retreating in the direction X 2. Here, it is preferable X 2 direction is substantially the same as the X 1 direction. The shaft portion 14b and the backbone portion 14c are provided so that the airtightness of the vacuum chamber 11 can be maintained.
The material of the substrate holder 14 is the same as that of the substrate holder used in a normal laser ablation apparatus.

FeSiターゲット12はターゲットホルダ13の保持部13aに、Si基板10は基板ホルダ14の保持部14aに、それぞれ通常のレーザアブレーション装置の場合と同様に保持される。
したがって、前記保持部13a及び保持部14aの少なくとも一方を、前記X方向及び/又はX方向へ移動させることで、FeSiターゲット12及びSi基板10の対向する表面間の距離Lを所望の値に調整可能となっている。
また、前記保持部13aをY方向に回転させることで、FeSiターゲット12もその表面と略垂直に交わる回転軸C12の周りに回転可能となっている。同様に、前記保持部14aをY方向に回転させることで、Si基板10もその表面と略垂直に交わる回転軸C10の周りに回転可能となっている。
以下、本明細書においては、FeSiターゲット12及びSi基板10の回転とは、特に断りの無い限り、それぞれ回転軸C12の周りの回転、回転軸C10の周りの回転のことを指すものとする。
The FeSi 2 target 12 is held in the holding portion 13a of the target holder 13 and the Si substrate 10 is held in the holding portion 14a of the substrate holder 14 in the same manner as in a normal laser ablation apparatus.
Accordingly, at least one of the holding portion 13a and the holding portion 14a, the X 1 by moving direction and / or X in two directions, FeSi 2 target 12 and the Si substrate 10 opposing between the surface of the distance L of the desired The value can be adjusted.
Further, the holding portion 13a is rotated in the Y 1 direction, FeSi 2 target 12 is also rotatable about the axis of rotation C 12 intersecting the surface almost perpendicular. Similarly, by rotating the holding portion 14a in the Y 2 direction, also Si substrate 10 is rotatable about the axis of rotation C 10 intersecting the surface almost perpendicular.
Hereinafter, in this specification, the rotation of the FeSi 2 target 12 and the Si substrate 10 refers to rotation around the rotation axis C 12 and rotation around the rotation axis C 10 unless otherwise specified. And

製造装置1では、FeSiターゲット12の回転軸C12とSi基板10の回転軸C10とが、互いに重ならないことに特徴がある。このように構成することで、例えば、保持されたFeSiターゲット12及びSi基板10を、同一方向又は逆方向に回転させた時に、FeSiターゲット12上の前記回転軸C12とは重ならない特定部位と、Si基板10上の前記回転軸C10とは重ならない特定部位とは、たとえ回転速度が一致している場合でも、互いの相対的な位置関係が変化する。そして、FeSiターゲット12及びSi基板10の一方のみを回転させた時も、相対的な位置関係が変化する。このように、位置関係が変化した状態でレーザを照射することで、後述するように、十分な発光能を有するβ−FeSi薄膜を製造できる。 In the manufacturing apparatus 1, the rotation axis C 10 of the rotating shaft C 12 and the Si substrate 10 of the FeSi 2 target 12, is characterized in that they do not overlap each other. By configuring in this way, for example, when the held FeSi 2 target 12 and the Si substrate 10 are rotated in the same direction or in the opposite direction, the rotation axis C 12 on the FeSi 2 target 12 is not overlapped. and site, the specific site not overlapping with the rotating shaft C 10 on the Si substrate 10, even if the rotational speed is matched, a change in relative positional relation therebetween. Even when only one of the FeSi 2 target 12 and the Si substrate 10 is rotated, the relative positional relationship changes. In this way, by irradiating the laser with the positional relationship changed, a β-FeSi 2 thin film having sufficient light emission ability can be manufactured as described later.

ターゲット12の回転軸C12とSi基板10の回転軸C10とは、略平行であることが好ましい。さらに、均一な膜厚を得るためには、これら回転軸間の距離S、並びにFeSiターゲット12及びSi基板10の対向する表面間の距離Lは、基板10の大きさを考慮して調整することが好ましい。例えば、後述するように、基板10の薄膜を形成する側の表面が、略円形状であり、その直径が10〜100mmである場合、又は多角形状等の略円形状以外であり、その形状の内接円の直径が10〜100mmである場合には、前記距離Sは10〜35mmであることが好ましく、15〜30mmであることがより好ましい。そして、前記距離Lは25〜55mmであることが好ましく、35〜45mmであることがより好ましい。下限値以上とすることで、発光能が一層高いβ−FeSi薄膜が得られ、上限値以下とすることで、β−FeSi薄膜が一層効率良く得られる。 The rotation axis C 10 of the rotating shaft C 12 and the Si substrate 10 of the target 12 is preferably substantially parallel. Furthermore, in order to obtain a uniform film thickness, the distance S between the rotation axes and the distance L between the opposing surfaces of the FeSi 2 target 12 and the Si substrate 10 are adjusted in consideration of the size of the substrate 10. It is preferable. For example, as will be described later, when the surface of the substrate 10 on which the thin film is formed has a substantially circular shape and the diameter thereof is 10 to 100 mm, or other than a substantially circular shape such as a polygonal shape, When the diameter of the inscribed circle is 10 to 100 mm, the distance S is preferably 10 to 35 mm, and more preferably 15 to 30 mm. The distance L is preferably 25 to 55 mm, and more preferably 35 to 45 mm. A β-FeSi 2 thin film with higher luminous ability can be obtained by setting the lower limit value or more, and a β-FeSi 2 thin film can be obtained more efficiently by setting the lower limit value or less.

ここに示すターゲットホルダ13では、例えば、保持部13aに一つのFeSiターゲット12を配置した場合、回転軸C12の周りに保持部13aを軸部13bと一体に回転させることで、FeSiターゲット12を回転させることができるが、回転の態様はこれに限定されない。例えば、ターゲットホルダ13のうち、保持部13aが、軸部13bとは独立して別途回転可能とされていても良い。この場合、本体部に相当する軸部13bに加えて、保持部13aも回転可能であることで、FeSiターゲット12の回転を一層精密に制御できる。さらに、軸部13b及び保持部13aを共に回転させることで、FeSiターゲット12へのレーザ照射部位の変化を一層増大させることができ、効率良く均一な薄膜を形成できる。なお、保持部13aは、FeSiターゲット12を回転させることができれば、全体が回転するようになっていても良いし、一部が回転するようになっていても良い。そして、保持部13aが回転する機構は、軸部13bの場合と同様で良い。 In the target holder 13 shown here, for example, the case of arranging the one FeSi 2 target 12 in the holding portion 13a, by rotating the holding part 13a to the shaft portion 13b integrally about the axis of rotation C 12, FeSi 2 target Although 12 can be rotated, the aspect of rotation is not limited to this. For example, in the target holder 13, the holding portion 13a may be separately rotatable independently of the shaft portion 13b. In this case, in addition to the shaft part 13b corresponding to the main body part, the holding part 13a can also be rotated, so that the rotation of the FeSi 2 target 12 can be controlled more precisely. Furthermore, by rotating both the shaft portion 13b and the holding portion 13a, it is possible to further increase the change of the laser irradiation site on the FeSi 2 target 12, and to form a uniform thin film efficiently. The holding portion 13a, if it is possible to rotate the FeSi 2 target 12, to a whole may be adapted to rotate a portion may be adapted to rotate. And the mechanism in which the holding | maintenance part 13a rotates may be the same as that of the case of the axial part 13b.

さらに、ターゲットホルダ13の好ましいものとしては、保持部13aに、二つ以上のFeSiターゲット12が保持可能となっているものが例示できる。この場合、二つ以上のFeSiターゲット12は、保持部13a上に均等な距離をおいて保持されることが好ましい。そのためには、例えば、同等の大きさである複数のFeSiターゲット12を、保持部13a表面の中心から等距離の位置で、且つ隣り合うターゲット間の距離も等しくなる位置に配置することが好ましい。このようなターゲットホルダの保持部を、図1(b)に例示する。図1(b)では、FeSiターゲット12を六つ保持している例を示している。ここに示すターゲットホルダ13’を使用して、これを回転させることにより、二つ以上のFeSiターゲット12を順次切り替えながら薄膜を製造できる。この時は、上記の説明のように、二つ以上のFeSiターゲット12を、軸部13b’とは独立して別途回転可能とされた保持部13a’と共に回転させれば良い。そして、その時の回転軸C12’が、Si基板10の回転軸C10と重ならないようにすれば良い。軸部13b’の回転軸C120(図1(a)のC12に相当)は、C12’に対して略平行であることが好ましい。 Further, as a preferred target holder 13, the holding portion 13a, two or more of FeSi 2 target 12 can be exemplified those which is capable of holding. In this case, the two or more FeSi 2 targets 12 are preferably held at an equal distance on the holding portion 13a. For that purpose, for example, it is preferable to arrange a plurality of FeSi 2 targets 12 having the same size at positions equidistant from the center of the surface of the holding portion 13a and at equal distances between adjacent targets. . Such a holding part of the target holder is illustrated in FIG. FIG. 1B shows an example in which six FeSi 2 targets 12 are held. By using the target holder 13 ′ shown here and rotating it, a thin film can be manufactured while sequentially switching two or more FeSi 2 targets 12. At this time, as described above, two or more FeSi 2 targets 12 may be rotated together with the holding portion 13a ′ that is separately rotatable independently of the shaft portion 13b ′. Then, the rotation axis C 12 ′ at that time may be prevented from overlapping with the rotation axis C 10 of the Si substrate 10. The rotation axis C 120 (corresponding to C 12 in FIG. 1A) of the shaft portion 13b ′ is preferably substantially parallel to C 12 ′ .

なお、図1(a)では、ターゲットホルダ13において、保持部13a、軸部13b及び基幹部13cが、基板ホルダ14では保持部14a、軸部14b及び基幹部14cが、それぞれ中心軸が一致するように構成されている例を示したが、本発明においてはこれに限定されず、前記回転軸C12と前記回転軸C10とが互いに重ならないように、ターゲットホルダ13と基板ホルダ14とが構成されていれば良い。
そして、本発明の効果を妨げない範囲内において、製造装置1は、構成の一部を適宜変更、追加又は削除できる。
In FIG. 1 (a), the center axis of the holding part 13a, the shaft part 13b, and the backbone part 13c of the target holder 13 and the holding part 14a, the shaft part 14b, and the backbone part 14c of the substrate holder 14 are the same. an example is shown that is configured to, not limited to this in the present invention, the as the rotation axis C 12 and the rotary shaft C 10 do not overlap each other, and the target holder 13 and the substrate holder 14 It only has to be configured.
And in the range which does not prevent the effect of this invention, the manufacturing apparatus 1 can change, add or delete a part of structure suitably.

製造装置1は、FeSiターゲット12の回転軸C12とSi基板10の回転軸C10とが、互いに重ならない点以外は、通常のレーザアブレーション装置と同様で良い。そして、製造装置1の各部における材質、形状及びサイズ等は、目的に応じて適宜選択すれば良い。 Manufacturing apparatus 1 includes a rotating shaft C 10 of the rotating shaft C 12 and the Si substrate 10 of the FeSi 2 target 12, except that they do not overlap each other, may be similar to conventional laser ablation device. And the material, shape, size, etc. in each part of the manufacturing apparatus 1 should just be selected suitably according to the objective.

β−FeSi薄膜は、製造装置1を使用して、以下に示す方法で製造できる。
まず、FeSiターゲット12をターゲットホルダ13の保持部13aに、Si基板10を基板ホルダ14の保持部14aに、それぞれ保持して、FeSiターゲット12及びSi基板10を、これらの表面が略平行となるように対向配置する。
The β-FeSi 2 thin film can be manufactured by the following method using the manufacturing apparatus 1.
First, the FeSi 2 target 12 is held by the holding portion 13a of the target holder 13 and the Si substrate 10 is held by the holding portion 14a of the substrate holder 14, and the surfaces of the FeSi 2 target 12 and the Si substrate 10 are substantially parallel. It arranges so that it may become.

次いで、FeSiターゲット12にレーザを照射して、レーザアブレーション法により、Si基板10の表面に薄膜を形成する。このレーザ照射時において、FeSiターゲット12を回転軸C12の周りに回転させて、FeSiターゲット12へのレーザ照射部位を変化させると共に、Si基板10を回転軸C10の周りに回転させて、薄膜形成時における薄膜形成部位の位置を変化させる。ここで「薄膜形成時」とは、ターゲットへのレーザ照射によって、ターゲットから発生した飛散粒子(以下、プルームと記載することがある)により、基板表面への薄膜形成が進行している時点を指す。したがって、レーザ照射の開始時点と、薄膜形成の開始時点とは、必ずしも厳密に一致するわけではなく、薄膜形成の開始時点は、レーザ照射の開始時点以降となる。そして、薄膜形成時にSi基板10を回転させることで、Si基板10の表面のうち、前記回転軸C10と重ならない部位は、回転によって位置が変化する。したがって、薄膜が形成される部位の位置が変化するので、Si基板10の表面におけるプルームの到達部位が変化すると推測される。 Next, the FeSi 2 target 12 is irradiated with a laser, and a thin film is formed on the surface of the Si substrate 10 by laser ablation. At the time of this laser irradiation, the FeSi 2 target 12 is rotated around the rotation axis C 12 to change the laser irradiation site on the FeSi 2 target 12 and the Si substrate 10 is rotated around the rotation axis C 10. Then, the position of the thin film formation site during the thin film formation is changed. Here, “at the time of thin film formation” refers to a point in time when thin film formation on the substrate surface is progressing due to scattered particles generated from the target by laser irradiation to the target (hereinafter sometimes referred to as plume). . Therefore, the start time of laser irradiation and the start time of thin film formation do not necessarily coincide exactly, and the start time of thin film formation is after the start time of laser irradiation. Then, by rotating the Si substrate 10 when forming the thin film, the position of the portion of the surface of the Si substrate 10 that does not overlap with the rotation axis C10 changes due to the rotation. Therefore, since the position of the site where the thin film is formed changes, it is assumed that the site where the plume reaches the surface of the Si substrate 10 changes.

FeSiターゲット12を回転させる操作は、レーザ照射前及び照射時の少なくとも一方で行えば良い。すなわち、レーザ照射前でのみ回転させても良いし、レーザ照射前及び照射時の両方で回転させても良く、レーザ照射時でのみ回転させても良い。いずれの方法においても、FeSiターゲット12へのレーザ照射部位を十分変化させることができる。
また、Si基板10を回転させる操作は、薄膜形成前及び形成時の少なくとも一方で行えば良い。すなわち、薄膜形成前でのみ回転させても良いし、薄膜形成前及び形成時の両方で回転させても良く、薄膜形成時でのみ回転させても良い。いずれの方法においても、Si基板10の表面におけるプルームの到達部位を十分変化させることができると推測される。なお、ここで、「薄膜形成」とは、レーザアブレーション法によって基板表面に薄膜を形成する操作のことを指し、Si基板表面に薄膜を形成する場合だけでなく、すでに形成された薄膜上でさらに薄膜を成長させる場合も含む。したがって、「薄膜形成前」とは、必ずしも基板表面に薄膜が無い状態を意味する訳ではない。
The operation of rotating the FeSi 2 target 12 may be performed at least one of before and at the time of laser irradiation. That is, it may be rotated only before laser irradiation, may be rotated both before and at the time of laser irradiation, or may be rotated only at the time of laser irradiation. In any method, the laser irradiation site on the FeSi 2 target 12 can be changed sufficiently.
Further, the operation of rotating the Si substrate 10 may be performed at least one of before and during the formation of the thin film. That is, it may be rotated only before the thin film formation, may be rotated both before and at the time of thin film formation, or may be rotated only at the time of thin film formation. In any method, it is estimated that the plume arrival site on the surface of the Si substrate 10 can be sufficiently changed. Here, “thin film formation” refers to an operation of forming a thin film on the surface of the substrate by a laser ablation method, not only when forming a thin film on the surface of the Si substrate, but also on an already formed thin film. This includes the case of growing a thin film. Therefore, “before forming a thin film” does not necessarily mean a state where there is no thin film on the substrate surface.

薄膜形成工程のより具体的な態様としては、下記(a)〜(i)が例示できる。
(a)レーザ照射前にFeSiターゲット12を回転させ、薄膜形成前にSi基板10を回転させる。
(b)レーザ照射前にFeSiターゲット12を回転させ、薄膜形成時にSi基板10を回転させる。
(c)レーザ照射前にFeSiターゲット12を回転させ、薄膜形成前及び形成時にSi基板10を回転させる。
(d)レーザ照射時にFeSiターゲット12を回転させ、薄膜形成前にSi基板10を回転させる。
(e)レーザ照射時にFeSiターゲット12を回転させ、薄膜形成時にSi基板10を回転させる。
(f)レーザ照射時にFeSiターゲット12を回転させ、薄膜形成前及び形成時にSi基板10を回転させる。
(g)レーザ照射前及び照射時にFeSiターゲット12を回転させ、薄膜形成前にSi基板10を回転させる。
(h)レーザ照射前及び照射時にFeSiターゲット12を回転させ、薄膜形成時にSi基板10を回転させる。
(i)レーザ照射前及び照射時にFeSiターゲット12を回転させ、薄膜形成前及び形成時にSi基板10を回転させる。
The following (a)-(i) can be illustrated as a more specific aspect of a thin film formation process.
(A) The FeSi 2 target 12 is rotated before laser irradiation, and the Si substrate 10 is rotated before thin film formation.
(B) The FeSi 2 target 12 is rotated before the laser irradiation, and the Si substrate 10 is rotated when the thin film is formed.
(C) The FeSi 2 target 12 is rotated before the laser irradiation, and the Si substrate 10 is rotated before and during the thin film formation.
(D) The FeSi 2 target 12 is rotated during laser irradiation, and the Si substrate 10 is rotated before the thin film is formed.
(E) The FeSi 2 target 12 is rotated during laser irradiation, and the Si substrate 10 is rotated during thin film formation.
(F) The FeSi 2 target 12 is rotated during laser irradiation, and the Si substrate 10 is rotated before and during the formation of the thin film.
(G) The FeSi 2 target 12 is rotated before and during laser irradiation, and the Si substrate 10 is rotated before thin film formation.
(H) The FeSi 2 target 12 is rotated before and during laser irradiation, and the Si substrate 10 is rotated during thin film formation.
(I) The FeSi 2 target 12 is rotated before and during laser irradiation, and the Si substrate 10 is rotated before and during thin film formation.

レーザ照射時にFeSiターゲット12を回転させる場合には、FeSiターゲット12へのレーザ照射部位は連続的に変化する。そして、レーザ照射時ではなくレーザ照射前にFeSiターゲット12を回転させる場合には、FeSiターゲット12にレーザを照射した後、さらに、FeSiターゲット12を所定の角度だけ回転させ、次いでFeSiターゲット12にレーザを照射するという「ターゲットの回転及びレーザ照射」の一連の操作を一回又は二回以上繰り返して行うことにより、FeSiターゲット12へのレーザ照射部位が変化する。前記一連の操作は、二回以上繰り返すことが好ましい。
Si基板10を回転させる場合も同様であり、薄膜形成時に回転させる場合には、薄膜形成部位の位置は連続的に変化する。そして、薄膜形成時ではなく薄膜形成前にSi基板10を回転させる場合には、薄膜形成後、さらに、Si基板10を所定の角度だけ回転させ、次いで薄膜形成を行うという「Si基板の回転及び薄膜形成」の一連の操作を一回又は二回以上繰り返して行うことにより、薄膜形成時における薄膜形成部位の位置が変化する。前記一連の操作は、二回以上繰り返すことが好ましい。
When the FeSi 2 target 12 is rotated at the time of laser irradiation, the site of laser irradiation to the FeSi 2 target 12 changes continuously. When the FeSi 2 target 12 is rotated before the laser irradiation but not during the laser irradiation, the FeSi 2 target 12 is irradiated with the laser, and then the FeSi 2 target 12 is further rotated by a predetermined angle, and then FeSi 2 By repeating a series of operations of “target rotation and laser irradiation” of irradiating the laser to the target 12 once or twice or more, the laser irradiation site to the FeSi 2 target 12 is changed. The series of operations is preferably repeated twice or more.
The same applies to the case where the Si substrate 10 is rotated. When the Si substrate 10 is rotated at the time of thin film formation, the position of the thin film formation site continuously changes. When the Si substrate 10 is rotated before the thin film is formed, not at the time of forming the thin film, after the thin film is formed, the Si substrate 10 is further rotated by a predetermined angle, and then the thin film is formed. By repeating a series of operations of “thin film formation” once or twice or more, the position of the thin film formation site at the time of thin film formation changes. The series of operations is preferably repeated twice or more.

レーザ照射時にFeSiターゲット12を回転させる場合には、レーザ照射の開始から終了までの間、全時間で回転させても良いし、一時的に回転させても良い。また、連続的に回転させても良いし、回転及び停止を繰り返して間欠的に回転させても良い。
Si基板10の回転も同様であり、薄膜形成時にSi基板10を回転させる場合には、薄膜形成の開始から終了までの間、全時間で回転させても良いし、一時的に回転させても良い。また、連続的に回転させても良いし、回転及び停止を繰り返して間欠的に回転させても良い。
When the FeSi 2 target 12 is rotated at the time of laser irradiation, it may be rotated for the entire time from the start to the end of laser irradiation, or may be temporarily rotated. Moreover, you may rotate continuously and you may rotate it intermittently by repeating rotation and a stop.
The rotation of the Si substrate 10 is the same. When the Si substrate 10 is rotated at the time of forming the thin film, it may be rotated for the entire time from the start to the end of the thin film formation or may be temporarily rotated. good. Moreover, you may rotate continuously and you may rotate it intermittently by repeating rotation and a stop.

以下、薄膜形成工程における設定条件等について、より詳細に説明する。
FeSiターゲット12は、例えば、焼結法、溶融法等の公知の方法で作製したものが使用できる。
FeSiターゲット12の純度は、99.9%以上であることが好ましく、99.99%以上であることがより好ましい。このようにすることで、β−FeSi薄膜中の不純物を一層低減できる。
また、FeSiターゲット12の密度は、密度が2g/cm以上であることが好ましく、5g/cm以上であることがより好ましい。上限は、本発明の効果を妨げない限り、特に限定されない。このようにすることで、薄膜形成時のドロップレット付着を抑制する一層高い効果が得られる。
FeSiターゲット12の大きさは、特に限定されないが、レーザ照射する側の表面形状が略円形状である場合には、直径が10〜100mmであることが好ましい。また、前記表面形状が、多角形状等の略円形状以外である場合には、その形状の内接円の直径が10〜100mmであることが好ましい。
ターゲットホルダ13に保持して使用するFeSiターゲット12の数は、特に限定されず、一つでも良いし、二つ以上の複数でも良い。
Hereinafter, setting conditions and the like in the thin film forming process will be described in more detail.
As the FeSi 2 target 12, for example, one prepared by a known method such as a sintering method or a melting method can be used.
The purity of the FeSi 2 target 12 is preferably 99.9% or more, and more preferably 99.99% or more. By doing so, impurities in the β-FeSi 2 thin film can be further reduced.
Further, the density of the FeSi 2 target 12 is preferably 2 g / cm 3 or more, more preferably 5 g / cm 3 or more. The upper limit is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not hindered. By doing in this way, the higher effect which suppresses the droplet adhesion at the time of thin film formation is acquired.
The size of the FeSi 2 target 12 is not particularly limited, but when the surface shape on the laser irradiation side is substantially circular, the diameter is preferably 10 to 100 mm. Moreover, when the said surface shape is other than substantially circular shapes, such as polygonal shape, it is preferable that the diameter of the inscribed circle of the shape is 10-100 mm.
The number of FeSi 2 targets 12 to be used while being held by the target holder 13 is not particularly limited, and may be one or two or more.

Si基板10は、β−FeSi薄膜の形成面が(111)であるものが好ましい。
また、Si基板10は、基板表面に酸化膜等の不純物層が形成され易いため、フッ化水素酸等で不純物層を除去してから、使用することが好ましい。
Si基板10の比抵抗は、500〜30000Ω・cmであることが好ましく、1000〜20000Ω・cmであることがより好ましい。
Si基板10の大きさは、特に限定されないが、薄膜を形成する側の表面が、FeSiターゲット12のレーザ照射する側の表面と同様の形状及び大きさであることが好ましい。
The Si substrate 10 preferably has a (111) formation surface of the β-FeSi 2 thin film.
In addition, since an impurity layer such as an oxide film is easily formed on the substrate surface, the Si substrate 10 is preferably used after removing the impurity layer with hydrofluoric acid or the like.
The specific resistance of the Si substrate 10 is preferably 500 to 30000 Ω · cm, and more preferably 1000 to 20000 Ω · cm.
The size of the Si substrate 10 is not particularly limited, but the surface on the side on which the thin film is formed preferably has the same shape and size as the surface of the FeSi 2 target 12 on the laser irradiation side.

薄膜形成時のSi基板10の温度は、薄膜の表面粗さ(Ra)を低減するという観点からは、400〜700℃であることが好ましく、450〜650℃であることがより好ましい。レーザアブレーション法による形成直後の薄膜の表面粗さ(Ra)は、好ましくは0.1〜25nm、より好ましくは0.1〜20nmである。また、薄膜形成時のSi基板10の温度は、良好な結晶性を有する薄膜を十分に形成させるという観点からは、500〜700℃であることが好ましく、550〜650℃であることがより好ましい。   From the viewpoint of reducing the surface roughness (Ra) of the thin film, the temperature of the Si substrate 10 during the formation of the thin film is preferably 400 to 700 ° C, and more preferably 450 to 650 ° C. The surface roughness (Ra) of the thin film immediately after formation by the laser ablation method is preferably 0.1 to 25 nm, more preferably 0.1 to 20 nm. Further, the temperature of the Si substrate 10 during the formation of the thin film is preferably 500 to 700 ° C., more preferably 550 to 650 ° C. from the viewpoint of sufficiently forming a thin film having good crystallinity. .

真空チャンバ11の内部空間110の圧力は、1×10−4Pa以下であることが好ましく、1×10−5Pa以下であることがより好ましい。 The pressure in the internal space 110 of the vacuum chamber 11 is preferably 1 × 10 −4 Pa or less, and more preferably 1 × 10 −5 Pa or less.

照射するレーザは特に限定されないが、ArFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ等が好ましい。
レーザの周波数は、5〜20Hzであることが好ましい。
レーザ照射部15からFeSiターゲット12へ向けて照射するレーザの照射エネルギーは、レーザ源(図示略)からレーザ照射部15に対しレンズを介して絞り込んだ時に1〜10J/cmであることが好ましい。
The laser to be irradiated is not particularly limited, but an ArF excimer laser, a KrF excimer laser, or the like is preferable.
The frequency of the laser is preferably 5 to 20 Hz.
The irradiation energy of the laser irradiated from the laser irradiation unit 15 toward the FeSi 2 target 12 is 1 to 10 J / cm 2 when the laser irradiation unit 15 is narrowed down from the laser source (not shown) through the lens. preferable.

FeSiターゲット12へのレーザの照射角度θは、25〜55°であることが好ましく、35〜45°であることがより好ましい。このようにすることで、Si基板10の表面にプルームを効率的に到達させることができ、薄膜を一層効率良く形成できる。 The laser irradiation angle θ to the FeSi 2 target 12 is preferably 25 to 55 °, and more preferably 35 to 45 °. By doing in this way, a plume can be efficiently reached on the surface of Si substrate 10, and a thin film can be formed more efficiently.

レーザは、薄膜形成が終了するまで停止させることなく連続的に照射しても良いし、照射及び停止を繰り返して間欠的に照射しても良い。そして、薄膜を一層安定して形成させるためには、連続的に照射することが好ましい。   The laser may be irradiated continuously without stopping until thin film formation is completed, or may be irradiated intermittently by repeating irradiation and stopping. And in order to form a thin film more stably, it is preferable to irradiate continuously.

レーザの照射時間は、その他の照射条件を考慮して適宜設定すれば良いが、例えば、照射エネルギーが上記範囲である場合には、合計で30〜120分であることが好ましく、50〜70分であることがより好ましい。ここで、「レーザの照射時間の合計」とは、薄膜形成が終了するまでに、レーザを停止させることなく連続的に照射する場合には、その照射に要する時間を指し、間欠的に照射する場合には、その複数回の照射に要する時間の総和を指す。
レーザを間欠的に照射する場合には、一回の照射時間は特に限定されないが、1〜15分であることが好ましく、2〜8分であることがより好ましい。
The laser irradiation time may be appropriately set in consideration of other irradiation conditions. For example, when the irradiation energy is in the above range, the total is preferably 30 to 120 minutes, and preferably 50 to 70 minutes. It is more preferable that Here, “total laser irradiation time” refers to the time required for irradiation when laser irradiation is continued without stopping before the thin film formation is completed. In this case, it indicates the total time required for the multiple irradiations.
When the laser is irradiated intermittently, the irradiation time for one time is not particularly limited, but is preferably 1 to 15 minutes, and more preferably 2 to 8 minutes.

レーザ照射時又は薄膜形成時において、FeSiターゲット12又はSi基板10を、一時的又は間欠的に回転させる場合の回転させるタイミング及び時間、並びに一回の回転による回転角は、目的に応じて適宜選択すれば良い。
レーザ照射時におけるFeSiターゲット12の回転速度は、25〜75rpmであることが好ましく、40〜60rpmであることがより好ましい。そして、保持部13a又は13a’を別途回転させる場合には、FeSiターゲット12の回転速度は、25〜60rpmであることが好ましく、40〜50rpmであることがより好ましい。このようにすることで、発光能が一層高いβ−FeSi薄膜が得られる。
薄膜形成時におけるSi基板10の回転速度は、FeSiターゲット12の回転速度と同様で良い。
At the time of laser irradiation or thin film formation, the rotation timing and time when the FeSi 2 target 12 or the Si substrate 10 is temporarily or intermittently rotated, and the rotation angle by one rotation are appropriately determined according to the purpose. Just choose.
The rotation speed of the FeSi 2 target 12 at the time of laser irradiation is preferably 25 to 75 rpm, and more preferably 40 to 60 rpm. Then, in the case of the holding portion 13a or 13a 'separately rotated, the rotational speed of the FeSi 2 target 12 is preferably 25~60Rpm, more preferably 40~50Rpm. By doing so, a β-FeSi 2 thin film with higher luminous ability can be obtained.
The rotational speed of the Si substrate 10 at the time of thin film formation may be the same as the rotational speed of the FeSi 2 target 12.

薄膜形成前にSi基板10を回転させる場合には、その一回の回転による回転角は、Si基板上の薄膜形成部位(プルームの到達部位)が大きく変化するように調整することが好ましい。レーザ照射を挟んで複数回回転させることを考慮すると、前記回転角は60〜120°であることが好ましく、80〜100°であることがより好ましい。   When the Si substrate 10 is rotated before the thin film is formed, it is preferable to adjust the rotation angle by one rotation so that the thin film formation site (plume arrival site) on the Si substrate changes greatly. In consideration of rotating a plurality of times with laser irradiation interposed therebetween, the rotation angle is preferably 60 to 120 °, and more preferably 80 to 100 °.

FeSiターゲット12のレーザ照射部位は、前記回転軸C12とは重ならない部位を含んでいることが好ましく、前記回転軸C12と重なる部位を含まないことがより好ましい。このように設定することで、均一な薄膜が得られ、発光能が一層高いβ−FeSi薄膜が得られる。 Laser irradiation site of FeSi 2 target 12 is preferably to contain a portion not overlapping with the rotating shaft C 12, and more preferably contains no site overlapping the rotation axis C 12. By setting in this way, a uniform thin film can be obtained, and a β-FeSi 2 thin film having higher luminous ability can be obtained.

本発明においては、FeSiターゲット12を、少なくともレーザ照射時に回転させることが好ましく、この時は、レーザ照射の開始から終了までの間、少なくともいずれかの時間帯において連続的に回転させることが好ましく、全時間で回転させることがより好ましい。このようにすることで、発光能に優れるβ−FeSi薄膜を安定して得られる。また、レーザ照射時にのみ回転させれば、薄膜形成の操作を簡略化できる。
また、本発明においては、さらに保持部13a又は13a’を別途回転させることが好ましい。
そして、本発明においては、Si基板10を回転させ、FeSiターゲット12を回転させながらレーザを照射することが好ましい。
In the present invention, the FeSi 2 target 12 is preferably rotated at least at the time of laser irradiation, and at this time, it is preferable that the FeSi 2 target 12 is continuously rotated at least in any time zone from the start to the end of laser irradiation. It is more preferable to rotate the entire time. In this way, it obtained stably the beta-FeSi 2 thin film having excellent light emitting ability. Further, if the rotation is performed only at the time of laser irradiation, the thin film forming operation can be simplified.
In the present invention, it is preferable to further rotate the holding portion 13a or 13a ′.
In the present invention, it is preferable to irradiate the laser while rotating the Si substrate 10 and rotating the FeSi 2 target 12.

本発明においては、上記のように薄膜を形成した後、さらに、形成した薄膜を加熱処理してアニーリングすることが好ましい。アニーリングすることにより、結晶性と発光能に一層優れるβ−FeSi薄膜が得られる。 In the present invention, after the thin film is formed as described above, it is preferable that the formed thin film is further annealed by heat treatment. By annealing, a β-FeSi 2 thin film having further excellent crystallinity and luminous ability can be obtained.

アニーリングする場合には、例えば、薄膜形成後に、真空チャンバ11の内部空間110が減圧された状態を維持したまま、内部空間110の温度が15〜50℃となるまで冷却し、次いで、内部空間に不活性ガスを導入してこのガスで満たし、所定の温度及び時間でアニーリング処理すれば良い。
前記不活性ガスとしては、窒素(N)ガスが好ましい。また、不活性ガスの純度は、99.99%以上であることが好ましい。
In the case of annealing, for example, after the thin film is formed, the internal space 110 of the vacuum chamber 11 is cooled until the temperature of the internal space 110 becomes 15 to 50 ° C. while maintaining the decompressed state, An inert gas may be introduced, filled with this gas, and annealed at a predetermined temperature and time.
As the inert gas, nitrogen (N 2 ) gas is preferable. The purity of the inert gas is preferably 99.99% or more.

アニーリングの温度は、製造適性や薄膜の品質を考慮すると、950℃以下であることが好ましい。そして、アニーリング工程は、好ましくは700〜950℃、より好ましくは850〜950℃の温度を維持する高温工程を有することが望ましい。高温工程を有することにより、結晶性が一層良好なβ−FeSi薄膜が得られる。そして、高温工程の温度を下限値以上とすることで、発光能に一層優れるβ−FeSi薄膜を効率良く製造でき、上限値以下とすることで、高品質のβ−FeSi薄膜を短時間で製造できる。 The annealing temperature is preferably 950 ° C. or lower in consideration of production suitability and thin film quality. The annealing step preferably includes a high temperature step for maintaining a temperature of preferably 700 to 950 ° C, more preferably 850 to 950 ° C. By having a high temperature process, a β-FeSi 2 thin film with better crystallinity can be obtained. And, by setting the temperature of the high temperature process to the lower limit value or more, it is possible to efficiently produce a β-FeSi 2 thin film that is more excellent in luminous ability, and by setting the temperature to the upper limit value or less, a high-quality β-FeSi 2 thin film can be quickly produced Can be manufactured.

アニーリングの時間は、アニーリングの温度に応じて適宜調整すれば良いが、前記高温工程の時間が好ましくは1〜40時間、より好ましくは3〜35時間、特に好ましくは10〜30時間となるように設定することが望ましい。   The annealing time may be appropriately adjusted according to the annealing temperature, but the time for the high temperature step is preferably 1 to 40 hours, more preferably 3 to 35 hours, and particularly preferably 10 to 30 hours. It is desirable to set.

本発明で得られるβ−FeSi薄膜の厚さは、用途に応じて適宜調整すれば良く、特に限定されない。また、β−FeSi薄膜の厚さは、レーザアブレーションの条件を調整することで、容易に調整できる。この時、アニーリングすることによって、例えば、厚さが10〜30%程度減少することがあるので、この点も考慮してレーザアブレーションの条件を調整することが好ましい。
例えば、光エレクトロニクスの分野に適用する場合であれば、厚さは40〜120nmであることが好ましく、60〜100nmであることがより好ましい。このような厚さのβ−FeSi薄膜は、素子の小型化に好適であり、しかも発光能と結晶性のいずれにも一層優れたものとなる。
The thickness of the β-FeSi 2 thin film obtained in the present invention may be appropriately adjusted according to the application, and is not particularly limited. Further, the thickness of the β-FeSi 2 thin film can be easily adjusted by adjusting the laser ablation conditions. At this time, for example, the thickness may be reduced by about 10 to 30% by annealing. Therefore, it is preferable to adjust the laser ablation conditions in consideration of this point.
For example, when applied to the field of optoelectronics, the thickness is preferably 40 to 120 nm, and more preferably 60 to 100 nm. The β-FeSi 2 thin film having such a thickness is suitable for reducing the size of the device, and is further excellent in both light emission ability and crystallinity.

本発明の製造方法により、後述するように、β−FeSiの単結晶を含有するβ−FeSi薄膜が得られる。かかる薄膜は、光照射等による励起時の発光能に極めて優れる。本発明は、このような単結晶を含有するβ−FeSi薄膜を初めて提供するものである。そして、かかる薄膜は、単結晶の含有量が高い点で、従来の薄膜とは全く相違する。また、本発明は、このような発光能に優れるβ−FeSi薄膜を安定して製造する方法を、初めて提供するものである
本発明の製造装置は、上記本発明の製造方法への適用に、特に好適なものであるが、β−FeSi薄膜の製造以外にも適用可能であることは、言うまでも無い。
The production method of the present invention, as described below, beta-FeSi 2 thin film containing single crystals of beta-FeSi 2 is obtained. Such a thin film is extremely excellent in luminous ability upon excitation by light irradiation or the like. The present invention provides for the first time a β-FeSi 2 thin film containing such a single crystal. Such a thin film is completely different from the conventional thin film in that the content of the single crystal is high. In addition, the present invention provides for the first time a method for stably producing such a β-FeSi 2 thin film having excellent luminous ability. The production apparatus of the present invention is applicable to the production method of the present invention. Needless to say, the present invention can be applied to other than the production of the β-FeSi 2 thin film.

本発明により製造されたβ−FeSi薄膜が、上記のように発光能に優れる理由は定かではないが、例えば、単結晶の含有量が高いためであると推測される。
そして、単結晶の含有量が高い理由も定かではないが、例えば、薄膜形成時の初期に、基板の表面又は表面の近傍に単結晶が形成され易く、これを核にして単結晶が成長し易くなっているためであると推測される。
そして、本発明において、単結晶が形成され易く、成長し易い理由は、先に説明したように、FeSiターゲットの回転軸とSi基板の回転軸とが、互いに重ならないので、FeSiターゲット上の回転軸(C12)とは重ならない特定部位と、Si基板上の回転軸(C10)とは重ならない特定部位とは、たとえ回転速度が一致している場合でも、互いの相対的な位置関係が変化するためであると推測される。このように、位置関係が変化することで、FeSiターゲットから発生したプルームの基板表面への到達部位が変化する。このように、プルームの到達部位を変化させることで、基板表面の薄膜形成時における環境が基板表面全面に渡って一層均一になり、薄膜が安定して形成されると推測される。また、FeSiターゲットを回転させることで、レーザ照射部位が変化し、プルームが一層安定して発生し、薄膜が安定して形成されると推測される。このような作用が相乗的に寄与して、基板上に単結晶が形成され易く、成長し易くなっていると推測される。
The reason why the β-FeSi 2 thin film produced according to the present invention is excellent in luminous ability as described above is not clear, but is presumed to be because, for example, the content of a single crystal is high.
The reason why the content of the single crystal is high is not clear, but, for example, in the initial stage of thin film formation, a single crystal is easily formed on or near the surface of the substrate, and the single crystal grows using this as a nucleus. It is presumed that it is easy.
Then, in the present invention, easy single crystal is formed, apt reason to grow, as described above, since the rotation axis of the rotary shaft and the Si substrate of FeSi 2 target, do not overlap each other, on FeSi 2 target The specific portion that does not overlap with the rotation axis (C 12 ) and the specific portion that does not overlap with the rotation axis (C 10 ) on the Si substrate are relative to each other even when the rotation speeds are the same. It is presumed that the positional relationship changes. In this way, the location of the plume generated from the FeSi 2 target changes to the substrate surface by changing the positional relationship. In this way, it is presumed that the environment at the time of forming the thin film on the substrate surface becomes more uniform over the entire surface of the substrate by changing the arrival site of the plume, and the thin film is formed stably. Further, it is presumed that by rotating the FeSi 2 target, the laser irradiation site changes, the plume is generated more stably, and the thin film is stably formed. It is presumed that such an action synergistically contributes to easy formation and growth of a single crystal on the substrate.

<β−鉄シリサイド薄膜>
本発明のβ−FeSi薄膜は、Si基板上に形成され、β−FeSiの単結晶を含有することを特徴とする。
かかるβ−FeSi薄膜は、例えば、上記本発明の製造方法で製造できる。
<Β-iron silicide thin film>
The β-FeSi 2 thin film of the present invention is formed on a Si substrate and contains a single crystal of β-FeSi 2 .
Such a β-FeSi 2 thin film can be produced, for example, by the production method of the present invention.

本発明のβ−FeSi薄膜は、光照射等による励起時の発光能に極めて優れる。例えば、15〜150K等、幅広い温度域で光照射により励起され、発光する。この時の発光強度は、概ね薄膜の温度が低いほど大きい。 The β-FeSi 2 thin film of the present invention is extremely excellent in luminous ability upon excitation by light irradiation or the like. For example, it is excited by light irradiation and emits light in a wide temperature range such as 15 to 150K. The emission intensity at this time is generally higher as the temperature of the thin film is lower.

本発明のβ−FeSi薄膜は、直接遷移型のバンド構造を有し、0.83〜0.87eVのバンドギャップ、高光吸収係数及び高ゼーベック係数を有しているので、例えば、受発光素子、太陽電池、熱電変換素子等の構成材料として有用である。 The β-FeSi 2 thin film of the present invention has a direct transition type band structure and has a band gap of 0.83 to 0.87 eV, a high light absorption coefficient, and a high Seebeck coefficient. It is useful as a constituent material for solar cells, thermoelectric conversion elements and the like.

以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下において「K」はケルビンを表す。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples. In the following, “K” represents Kelvin.

[実施例1]
(β−FeSi薄膜の製造)
図1に示す装置を使用して、β−FeSi薄膜を製造した。ただし、ターゲットホルダとしては、図1(b)に示すものを使用した。ターゲットの回転軸(C12’)とSi基板の回転軸(C10)とを略平行とし、これら回転軸間の距離(S)を25mmとした。その他、具体的には以下の通りである。
真空チャンバの内部空間に、FeSiターゲット及びSi基板を配置し、該内部空間の圧力を1×10−5Pa未満まで減圧した。FeSiターゲットとしては、純度が99.99%、密度が3.0g/cm、直径が20mm、厚さが3mmのものを使用した。そして、ターゲット保持用の凹部を表面に備えた直径が61mmの保持部13a’を有するターゲットホルダ13’を使用し、その凹部にFeSiターゲット12を載置及び保持して、円を形成するように6個のFeSiターゲット12を均等に配置した。また、Si基板10としては、比抵抗が1000〜20000Ω・cmであり、10mm×10mmの正方形状で、且つ(111)であるものを有機溶媒で洗浄した後、フッ化水素酸(HF:HO=1:20(体積比))に1分間浸漬し、酸化ケイ素を除去したものを使用した。そして、Si基板保持用の凹部を表面中央部に備えた直径が61mmの保持部14aを有する基板ホルダ14を使用し、その凹部にSi基板10を載置及び保持した。そして、対向するターゲット表面と基板表面との間の距離(L)は、40mmに設定した。
次いで、Si基板の温度を室温から上昇させて600℃とし、この状態で、Si基板は回転させずに、保持部13a’を回転させることでFeSiターゲットを50rpmの速度で回転させながら、波長193nmのArFエキシマレーザを該ターゲットに5分間照射して、Si基板に対して成膜操作を行った。この時のレーザの周波数は10Hz、照射エネルギーは、4J/cmとした。また、レーザのターゲットへの照射角度(θ)は、40°とした。そして、レーザ照射を停止した後に、Si基板を90°回転させて停止させた。この600℃でのレーザ照射から基板の回転までの成膜操作を、レーザの照射時間が合計で1時間となるまで、繰り返し行うことにより、Si基板上に薄膜を形成した。
次いで、薄膜形成後の前記内部空間の温度が50℃以下になるまで冷却し、99.9995%の窒素ガスを導入してこのガスの雰囲気下において、900℃で20時間アニーリング処理することにより、目的とするβ−FeSi薄膜を製造した。
[Example 1]
(Production of β-FeSi 2 thin film)
A β-FeSi 2 thin film was produced using the apparatus shown in FIG. However, what was shown in FIG.1 (b) was used as a target holder. The rotation axis (C 12 ′ ) of the target and the rotation axis (C 10 ) of the Si substrate were made substantially parallel, and the distance (S) between these rotation axes was 25 mm. The other details are as follows.
The FeSi 2 target and the Si substrate were placed in the internal space of the vacuum chamber, and the pressure in the internal space was reduced to less than 1 × 10 −5 Pa. As the FeSi 2 target, one having a purity of 99.99%, a density of 3.0 g / cm 3 , a diameter of 20 mm, and a thickness of 3 mm was used. Then, a target holder 13 ′ having a holding portion 13a ′ having a diameter of 61 mm and having a concave portion for holding the target on the surface is used, and the FeSi 2 target 12 is placed and held in the concave portion to form a circle. Six FeSi 2 targets 12 were uniformly arranged. The Si substrate 10 has a specific resistance of 1000 to 20000 Ω · cm, a 10 mm × 10 mm square shape, and (111), which is washed with an organic solvent, and then hydrofluoric acid (HF: H 2 O = 1: 20 (volume ratio)) was used for 1 minute to remove silicon oxide. A substrate holder 14 having a holding portion 14a having a diameter of 61 mm and having a concave portion for holding the Si substrate at the center of the surface was used, and the Si substrate 10 was placed and held in the concave portion. The distance (L) between the opposing target surface and the substrate surface was set to 40 mm.
Next, the temperature of the Si substrate is raised from room temperature to 600 ° C., and in this state, the Si substrate is not rotated, and the holding portion 13a ′ is rotated to rotate the FeSi 2 target at a speed of 50 rpm. The target was irradiated with a 193 nm ArF excimer laser for 5 minutes, and a film forming operation was performed on the Si substrate. The laser frequency at this time was 10 Hz, and the irradiation energy was 4 J / cm 2 . Further, the irradiation angle (θ) to the laser target was set to 40 °. Then, after stopping the laser irradiation, the Si substrate was rotated by 90 ° and stopped. The thin film was formed on the Si substrate by repeatedly performing the film forming operation from the laser irradiation at 600 ° C. to the rotation of the substrate until the total laser irradiation time was 1 hour.
Next, the internal space after the thin film formation is cooled to 50 ° C. or lower, and 99.9995% nitrogen gas is introduced and annealing is performed at 900 ° C. for 20 hours in the atmosphere of this gas. A target β-FeSi 2 thin film was produced.

(薄膜の解析)
上記の製造過程において、Si基板上への薄膜形成直後(アニーリング前)、及びアニーリング開始から所定時間後の、それぞれの薄膜について、下記(1)〜(6)の解析を行った。これら解析は、Si基板上に薄膜が形成されたサンプルを、ヘリウムフロー式クライオスタットを使用して、温度調節しながら行った。
(Thin film analysis)
In the above manufacturing process, the following analyzes (1) to (6) were performed for each thin film immediately after the thin film was formed on the Si substrate (before annealing) and after a predetermined time from the start of annealing. These analyzes were performed while adjusting the temperature of a sample in which a thin film was formed on a Si substrate, using a helium flow cryostat.

(1)走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscopy:SEM)により、アニーリング前、及びアニーリング開始から20時間後の薄膜を観察した。この時の薄膜表面の撮像データを図2に示す。図2の(a)はアニーリング前、(b)はアニーリング開始から20時間後の、それぞれの撮像データである。
(2)Cu−Kα線を照射してX線回折(X−Ray Diffraction:XRD)により、アニーリング前、並びにアニーリング開始から5、10及び20時間後の薄膜の結晶性を解析した。この時のXRDパターンの測定データを図3に示す。
(3)アニーリング前、並びにアニーリング開始から5、10及び20時間後の薄膜における光の波長と透過率との関係を求めた。この時の測定データを図4に示す。
(4)サンプルを8Kに冷却しながら、アニーリング前、並びにアニーリング開始から1、5、8及び20時間後の薄膜に、波長514.5nmのArイオンレーザを照射して、β−FeSiを励起させ、光ルミネッセンス(photoluminescence:PL)を測定した。なお、この時の発光スペクトルは、焦点距離32cmのシングルモノクロメータを使用して解析し、液体窒素で冷却したインジウム・ガリウム・ヒ素(InGaAs)光ダイオードを使用して同定した。この時の薄膜の発光スペクトルのデータを図5に示す。
(5)透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)により、アニーリング開始から5及び20時間後の薄膜を観察した。この時の薄膜断面の撮像データを図6に示す。図6の(a)はアニーリング開始から5時間後、(b)はアニーリング開始から20時間後の、それぞれの撮像データである。
(6)アニーリング開始から20時間後の薄膜について、サンプルの温度を15Kに設定した時、及び20Kから150Kまで10Kごとの温度に設定した時に、それぞれ波長484nmのArイオンレーザを、平均励起パワーが100mWとなるようにβ−FeSi薄膜に照射して、β−FeSiを励起させ、PLを測定した。発光スペクトルの解析及び同定は、前記(4)の場合と同様に行った。この時の薄膜の発光スペクトルのデータを図7に示す。
(7)アニーリング開始から20時間後の薄膜について、サンプルの温度を15Kに設定し、平均励起パワーが0.05〜100mWの範囲内のいずれかとなるように設定して波長484nmのArイオンレーザをβ−FeSi薄膜に照射して、β−FeSiを励起させ、PLを測定した。発光スペクトルの解析及び同定は、前記(4)の場合と同様に行った。この時の薄膜の発光スペクトルのデータを図8に示す。
(1) The thin film before annealing and 20 hours after the start of annealing was observed with a scanning electron microscope (SEM). The imaging data of the thin film surface at this time is shown in FIG. FIG. 2A shows the respective imaging data before annealing, and FIG. 2B shows the respective imaging data 20 hours after the start of annealing.
(2) The crystallinity of the thin film was analyzed before annealing and 5, 10, and 20 hours after the start of annealing by X-ray diffraction (XRD) after irradiation with Cu-Kα rays. The measurement data of the XRD pattern at this time is shown in FIG.
(3) The relationship between the wavelength of light and the transmittance in the thin film before annealing and after 5, 10 and 20 hours from the start of annealing was determined. The measurement data at this time is shown in FIG.
(4) While cooling the sample to 8K, the thin film before annealing and 1, 5, 8, and 20 hours after the start of annealing was irradiated with an Ar ion laser with a wavelength of 514.5 nm to excite β-FeSi 2 The photoluminescence (photoluminescence) (PL) was measured. The emission spectrum at this time was analyzed using a single monochromator with a focal length of 32 cm and identified using an indium gallium arsenide (InGaAs) photodiode cooled with liquid nitrogen. The emission spectrum data of the thin film at this time is shown in FIG.
(5) The thin film was observed with a transmission electron microscope (TEM) at 5 and 20 hours after the start of annealing. The imaging data of the thin film cross section at this time is shown in FIG. 6A shows the respective imaging data after 5 hours from the start of annealing, and FIG. 6B shows the respective imaging data after 20 hours from the start of annealing.
(6) For a thin film 20 hours after the start of annealing, when the sample temperature was set to 15K and when the temperature was set to 10K from 20K to 150K, an Ar ion laser with a wavelength of 484 nm was used for the average excitation power. The β-FeSi 2 thin film was irradiated to 100 mW to excite β-FeSi 2 , and PL was measured. The analysis and identification of the emission spectrum were performed in the same manner as in the case of (4) above. The emission spectrum data of the thin film at this time is shown in FIG.
(7) For the thin film 20 hours after the start of annealing, the sample temperature was set to 15 K, and the average excitation power was set to be in the range of 0.05 to 100 mW, and an Ar ion laser with a wavelength of 484 nm was used. The β-FeSi 2 thin film was irradiated to excite β-FeSi 2 to measure PL. The analysis and identification of the emission spectrum were performed in the same manner as in the case of (4) above. The emission spectrum data of the thin film at this time is shown in FIG.

図2に示すように、SEMでは、形成直後の薄膜表面((a)参照)には、直径が1〜10μm程度の白色の球状粒子が観察され、これはドロップレットであった。そして、アニーリング処理することにより((b)参照)、これらドロップレットは変化することはなかったが、結晶が成長して粒状物が観察され、これが却ってPL強度を高めているようであった。これらドロップレットは、β−FeSi薄膜の製造に支障が無い程度のものであった。
レーザ照射時には、ターゲットに高パワーのレーザパルスを照射した時に、吸収パルスエネルギーがターゲットの表面近傍に局在する場合、瞬時に温度が上昇したターゲットの表面が溶解するが、この溶解したターゲットが飛散して薄膜表面に付着したものが、上記のドロップレットとして観察されたものと推測される。このようなターゲットの溶解とそれに伴うターゲット表面の荒れは、ターゲットの密度を大きくすることで抑制できること、6.0g/cmとすることで、ほぼ完全に抑制できることを確認した。
As shown in FIG. 2, in SEM, white spherical particles having a diameter of about 1 to 10 μm were observed on the surface of the thin film immediately after formation (see (a)), which were droplets. And by carrying out the annealing treatment (see (b)), these droplets did not change, but crystals grew and granular materials were observed, which seemed to increase the PL strength. These droplets were of a level that would not hinder the production of the β-FeSi 2 thin film.
During laser irradiation, when the target is irradiated with a high-power laser pulse, if the absorbed pulse energy is localized near the surface of the target, the surface of the target whose temperature has risen instantaneously dissolves, but this dissolved target is scattered. And what adhered to the thin film surface is assumed to be observed as the above-mentioned droplets. It has been confirmed that such dissolution of the target and accompanying roughness of the target surface can be suppressed by increasing the density of the target, and can be suppressed almost completely by setting the target density to 6.0 g / cm 3 .

図3に示すように、XRDでは、目的とするβ−FeSi薄膜の面に由来する(202)又は(220)を示すシグナルと、Si基板の面に由来する(111)を示すシグナルのみが確認でき、β−FeSi薄膜はエピタキシャル成長により形成され、単結晶を含有することを示していた。これは、図6に示すTEMでの薄膜断面の撮像データで確認された。すなわち、図6(a)に示すように、アニーリング開始から5時間後の薄膜は、厚さが約100nmであり、薄膜中、特に基板側(図面下側)に単結晶を含有していた。また、図6(b)に示すように、アニーリング開始から20時間後の薄膜は、厚さが約80nmであり、薄膜中、特に基板側(図面下側)に単結晶を含有していた。図6(a)及び(b)中の矢印で示す部位が、単結晶に相当する。これら単結晶部位の拡大撮像データを、別途図9に示す。図9の(a)はアニーリング開始から5時間後、(b)はアニーリング開始から20時間後の、それぞれの拡大撮像データである。図9中、矢印は、薄膜中の規則性を有する結晶構造に由来する干渉パターン(縞模様)の観測部位を示しており、当該パターンは、β−FeSiの単結晶が存在することを示していると考えられる。
なお、図6(a)及び(b)のいずれにおいても、薄膜表面にケイ素の酸化物(SiO)からなる膜が形成されており、この膜は薄膜表面を保護する機能を果たしている。
As shown in FIG. 3, in XRD, only the signal indicating (202) or (220) derived from the surface of the target β-FeSi 2 thin film and the signal indicating (111) derived from the surface of the Si substrate are present. It was confirmed that the β-FeSi 2 thin film was formed by epitaxial growth and contained a single crystal. This was confirmed by the imaging data of the thin film cross section by TEM shown in FIG. That is, as shown in FIG. 6A, the thin film after 5 hours from the start of annealing had a thickness of about 100 nm, and contained a single crystal in the thin film, particularly on the substrate side (lower side of the drawing). Further, as shown in FIG. 6B, the thin film 20 hours after the start of annealing had a thickness of about 80 nm, and contained a single crystal in the thin film, particularly on the substrate side (lower side of the drawing). The site indicated by the arrows in FIGS. 6A and 6B corresponds to a single crystal. The enlarged imaging data of these single crystal parts is separately shown in FIG. (A) of FIG. 9 is each enlarged imaging data 5 hours after the start of annealing and (b) is 20 hours after the start of annealing. In FIG. 9, the arrow indicates an observation site of an interference pattern (striped pattern) derived from a crystal structure having regularity in the thin film, and this pattern indicates that a single crystal of β-FeSi 2 exists. It is thought that.
6A and 6B, a film made of silicon oxide (SiO x ) is formed on the surface of the thin film, and this film functions to protect the surface of the thin film.

図4に示すように、光の透過率の曲線は、薄膜の形成直後からアニーリング時間が長くなるにつれて変化していくことが確認された。図4中、波長1200nm(1.033eV)付近のピークは、Si基板に由来するものであり、波長1500nm(0.827eV)付近のピークは、β−FeSi薄膜に由来するものである。特に、波長2000〜2500nmの領域では、アニーリング時間が長いほど光の透過率が高くなっている。 As shown in FIG. 4, it was confirmed that the light transmittance curve changes as the annealing time becomes longer immediately after the formation of the thin film. In FIG. 4, the peak near the wavelength of 1200 nm (1.033 eV) is derived from the Si substrate, and the peak near the wavelength of 1500 nm (0.827 eV) is derived from the β-FeSi 2 thin film. In particular, in the wavelength range of 2000 to 2500 nm, the longer the annealing time, the higher the light transmittance.

図5に示すように、光子エネルギー0.808eV付近のβ−FeSiに特有のピーク(A−バンド)は、アニーリングの時間が長くなるほど強度が大きくなり、特に20時間でその強度の大きさが顕著であった。一方、光子エネルギー1.1eV付近のピークは、Si基板に由来すると考えられ、アニーリングすることにより消失した。 As shown in FIG. 5, the peak (A-band) peculiar to β-FeSi 2 in the vicinity of the photon energy of 0.808 eV increases as the annealing time increases, and the intensity increases particularly at 20 hours. It was remarkable. On the other hand, the peak around the photon energy of 1.1 eV is considered to be derived from the Si substrate and disappeared by annealing.

ここでさらに、励起パワー密度とA−バンドのピークエネルギー(Ep、単位:eV)との関係を調べた。結果を図10に示す。
図10に示すように、励起パワー密度が0.006〜20W/cmの範囲内において、A−バンドのピークエネルギーは約0.808eVで安定していた。これは、後述するD−バンド、B−バンドのピークエネルギーが励起パワー密度に依存して大きく変動する(図示略)のとは対照的であった。
Here, the relationship between the excitation power density and the A-band peak energy (Ep, unit: eV) was further examined. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 10, the peak energy of the A-band was stable at about 0.808 eV when the excitation power density was within the range of 0.006 to 20 W / cm 2 . This was in contrast to the fact that the peak energy of the D-band and B-band, which will be described later, greatly fluctuates depending on the excitation power density (not shown).

図7に示すように、PLの発光スペクトルにおいては、光子エネルギー0.808eV付近に、β−FeSiに特有の高強度のピーク(A−バンド)が見られた。その他には、0.78eV、0.80eV及び0.85eV付近(以上、D−バンド)、0.84eV付近(B−バンド)、並びに0.77eV付近(DO−バンド)にピークが見られた。発光強度は、概ね測定時の温度が低いほど強くなっており、A−バンドのピーク強度は、15Kで最も大きく、150Kで最も小さかった。 As shown in FIG. 7, in the PL emission spectrum, a high-intensity peak (A-band) peculiar to β-FeSi 2 was observed in the vicinity of a photon energy of 0.808 eV. In addition, peaks are observed in the vicinity of 0.78 eV, 0.80 eV, and 0.85 eV (above, D-band), in the vicinity of 0.84 eV (B-band), and in the vicinity of 0.77 eV (DO 2 -band). It was. The emission intensity was generally stronger as the measurement temperature was lower, and the peak intensity of the A-band was the highest at 15K and the lowest at 150K.

ここで、アニーリング開始から20時間後の薄膜について、励起時の温度(15K〜150K)とA−バンドのピークエネルギー(Ep、単位:eV)との関係を求めた。ピークエネルギー(Ep)は、下記式(1)で表されるVarshiniの式を利用して算出した。結果を図11に示す。
図11に示すように、ピークエネルギーは温度の上昇で減少する傾向が見られたが、温度変化に対する変動幅が小さく、安定していた。
Ep(T)=Ep(0)−αT/(β+T) ・・・・(1)
(式中、Tは温度(K)であり;Ep(0)は0Kにおけるピークエネルギー(0.8085eV)であり;αは温度1Kあたりのエネルギー変化量(1.8×10−4eV/K)であり;βは定数(300)である。)
Here, the relationship between the temperature during excitation (15 K to 150 K) and the peak energy of the A-band (Ep, unit: eV) was determined for the thin film 20 hours after the start of annealing. The peak energy (Ep) was calculated using the Varshini equation represented by the following equation (1). The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 11, the peak energy tended to decrease with increasing temperature, but the fluctuation range with respect to temperature change was small and stable.
Ep (T) = Ep (0) −αT 2 / (β + T) (1)
Where T is the temperature (K); Ep (0) is the peak energy at 0K (0.8085 eV); α is the amount of energy change per 1K temperature (1.8 × 10 −4 eV / K And β is a constant (300).)

図8に示すように、PLの発光スペクトルは、図7と同様のパターンであり、同じ光子エネルギーで比較した場合、発光強度は、概ね平均励起パワーが小さいほど大きくなっており、A−バンドのピーク強度は、100mWで最も大きかった。   As shown in FIG. 8, the emission spectrum of PL is the same pattern as in FIG. 7, and when compared with the same photon energy, the emission intensity increases as the average excitation power decreases. The peak intensity was the largest at 100 mW.

[参考例1]
FeSiターゲットではなく電解鉄(純度99.99%)ターゲットを使用したこと以外は、実施例1と同様の方法でSi基板に対して成膜操作を行い、アニーリング処理することにより、薄膜を製造した。そして、アニーリング開始から20時間後の薄膜について、サンプルの温度を15Kに設定し、前記(6)の方法で、PLを測定した。この時の薄膜の発光スペクトルのデータを、実施例1のデータと共に図12に示す。
さらに、上記と同様の方法で、A−バンドのピークエネルギーと励起パワー密度との関係を調べた。結果を図10に示す。
また、上記と同様の方法で、励起時の温度(15〜200K)とA−バンドのピークエネルギー(Ep)との関係を求めた。結果を図11に示す。
[Reference Example 1]
A thin film is manufactured by performing a film forming operation on the Si substrate in the same manner as in Example 1 and performing an annealing process, except that an electrolytic iron (purity 99.99%) target is used instead of the FeSi 2 target. did. And about the thin film 20 hours after the start of annealing, the temperature of the sample was set to 15K, and PL was measured by the method (6). The data of the emission spectrum of the thin film at this time is shown in FIG. 12 together with the data of Example 1.
Further, the relationship between the peak energy of the A-band and the excitation power density was examined by the same method as described above. The results are shown in FIG.
Further, the relationship between the temperature at the time of excitation (15 to 200 K) and the peak energy (Ep) of the A-band was determined by the same method as described above. The results are shown in FIG.

図12に示すように、A−バンドのピーク強度は、実施例1の場合よりも明らかに小さくなっていた。すなわち、薄膜は、実施例1の場合よりも発光強度が小さかった。
また、図10に示すように、A−バンドのピークエネルギーは、実施例1の場合とは異なり、励起パワー密度によって大きく変動した。
また、図11に示すように、ピークエネルギーは、マクロ的には実施例1の場合と類似の傾向を示したが、ミクロ的には極めて小さい温度変化でも大きく変動し、しかも温度によるピークエネルギーの変動範囲が実施例1よりも広範囲に渡っていた。
As shown in FIG. 12, the peak intensity of the A-band was clearly smaller than that in Example 1. That is, the light emission intensity of the thin film was lower than that in Example 1.
Further, as shown in FIG. 10, unlike the case of Example 1, the peak energy of the A-band greatly fluctuated depending on the excitation power density.
Further, as shown in FIG. 11, the peak energy showed a macroscopic tendency similar to that in the case of Example 1. However, microscopically, the peak energy fluctuated greatly even with a very small temperature change. The fluctuation range was wider than that in Example 1.

[実施例2]
実施例1と同様の方法でSi基板に対して成膜操作を行い、薄膜形成直後(アニーリング前)の薄膜の表面粗さ(Ra)を、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy:AFM)により測定した。この時の測定データを図13に示す。
次いで、実施例1と同様の方法でアニーリング処理することにより、目的とするβ−FeSi薄膜を製造し、アニーリング開始から20時間後の薄膜について、前記(2)と同様の方法でXRDにより結晶性を解析した。この時のXRDパターンの測定データを図14に示す。なお、図14中、「Tg」は「成膜温度(Growth Temperature)」を示す。
[Example 2]
The film formation operation was performed on the Si substrate in the same manner as in Example 1, and the surface roughness (Ra) of the thin film immediately after the thin film formation (before annealing) was measured with an atomic force microscope (AFM). did. The measurement data at this time is shown in FIG.
Next, the target β-FeSi 2 thin film was produced by annealing in the same manner as in Example 1, and the thin film 20 hours after the start of annealing was crystallized by XRD in the same manner as in (2) above. Sex was analyzed. The measurement data of the XRD pattern at this time is shown in FIG. In FIG. 14, “Tg” indicates “Film Temperature”.

[実施例3〜5]
成膜操作時のSi基板の温度(成膜温度)を600℃ではなく、550℃(実施例3)、500℃(実施例4)、450℃(実施例5)としたこと以外は、それぞれ実施例1と同様の方法でSi基板に対して成膜操作を行い、薄膜形成直後(アニーリング前)の薄膜の表面粗さ(Ra)を、AFMにより測定した。この時の測定データを図13に示す。
次いで、実施例1と同様の方法でアニーリング処理することにより、目的とするβ−FeSi薄膜を製造し、アニーリング開始から20時間後の薄膜について、前記(2)と同様の方法でXRDにより結晶性を解析した。この時のXRDパターンの測定データを図14に示す。
[Examples 3 to 5]
Except that the temperature of the Si substrate during the film formation operation (film formation temperature) was not 600 ° C. but 550 ° C. (Example 3), 500 ° C. (Example 4), and 450 ° C. (Example 5), respectively. A film forming operation was performed on the Si substrate in the same manner as in Example 1, and the surface roughness (Ra) of the thin film immediately after the thin film formation (before annealing) was measured by AFM. The measurement data at this time is shown in FIG.
Next, the target β-FeSi 2 thin film was produced by annealing in the same manner as in Example 1, and the thin film 20 hours after the start of annealing was crystallized by XRD in the same manner as in (2) above. Sex was analyzed. The measurement data of the XRD pattern at this time is shown in FIG.

[参考例2]
FeSiターゲットではなく電解鉄(純度99.99%)ターゲットを使用したこと以外は、実施例2と同様の方法でSi基板に対して成膜操作を行い、薄膜形成直後(アニーリング前)の薄膜の表面粗さ(Ra)を、AFMにより測定した。この時の測定データを図13に示す。
次いで、実施例2と同様の方法でアニーリング処理することにより、目的とするβ−FeSi薄膜を製造し、アニーリング開始から20時間後の薄膜について、XRDにより結晶性を解析した。この時のXRDパターンの測定データを図15に示す。なお、図15中、「Tg」は「成膜温度(Growth Temperature)」を示す。
[Reference Example 2]
Except for using an electrolytic iron (purity 99.99%) target instead of the FeSi 2 target, a film forming operation was performed on the Si substrate in the same manner as in Example 2, and the thin film immediately after the thin film formation (before annealing) The surface roughness (Ra) was measured by AFM. The measurement data at this time is shown in FIG.
Subsequently, the target β-FeSi 2 thin film was manufactured by annealing in the same manner as in Example 2, and the crystallinity of the thin film 20 hours after the start of annealing was analyzed by XRD. The measurement data of the XRD pattern at this time is shown in FIG. In FIG. 15, “Tg” indicates “Film Temperature”.

[参考例3〜5]
成膜操作時のSi基板の温度(成膜温度)を600℃ではなく、550℃(参考例2)、500℃(参考例3)、450℃(参考例4)としたこと以外は、それぞれ参考例2と同様の方法でSi基板に対して成膜操作を行い、薄膜形成直後(アニーリング前)の薄膜の表面粗さ(Ra)を、AFMにより測定した。この時の測定データを図13に示す。
次いで、参考例2と同様の方法でアニーリング処理することにより、薄膜を製造し、アニーリング開始から20時間後の薄膜について、前記(2)と同様の方法でXRDにより結晶性を解析した。この時のXRDパターンの測定データを図15に示す。
[Reference Examples 3 to 5]
The temperature of the Si substrate during the film forming operation (film forming temperature) is not 600 ° C. but 550 ° C. (Reference Example 2), 500 ° C. (Reference Example 3), and 450 ° C. (Reference Example 4). A film forming operation was performed on the Si substrate in the same manner as in Reference Example 2, and the surface roughness (Ra) of the thin film immediately after forming the thin film (before annealing) was measured by AFM. The measurement data at this time is shown in FIG.
Next, a thin film was manufactured by annealing in the same manner as in Reference Example 2, and the crystallinity of the thin film 20 hours after the start of annealing was analyzed by XRD in the same manner as in (2) above. The measurement data of the XRD pattern at this time is shown in FIG.

図13に示す実施例2〜5の結果から明らかなように、成膜温度が高くなるにしたがって、薄膜のRaが大きくなる傾向が見られたが、その程度は軽度であり、Raの値自体も小さかった。すなわち、本発明のβ−FeSi薄膜は、レーザアブレーション法において基板温度が広範囲に渡っても、表面の凹凸が少なく、滑らかなものであった。
これに対して、参考例2〜5でも成膜温度が高くなるにしたがって、薄膜のRaが大きくなる傾向が見られたが、その傾向が実施例2〜5の場合よりも顕著であり、しかも、Raの値自体も大きかった。
As is clear from the results of Examples 2 to 5 shown in FIG. 13, the Ra of the thin film tended to increase as the film formation temperature increased, but the degree was mild, and the value of Ra itself Was also small. That is, the β-FeSi 2 thin film of the present invention was smooth with few surface irregularities even in the laser ablation method even when the substrate temperature was in a wide range.
In contrast, in Reference Examples 2 to 5, the Ra of the thin film tended to increase as the film formation temperature increased, but the tendency was more prominent than in Examples 2 to 5, and , Ra itself was also large.

また、図14に示すように、実施例2〜5のβ−FeSi薄膜は、面としてほぼ(202)又は(220)を示すシグナルと、Si基板の面に由来する(111)を示すシグナルのみが確認できることから、単結晶を含有することを示していた。
これに対して、参考例2〜5、特に参考例2の薄膜は、図15に示すように、面として(040)又は(004)、あるいは(422)を示すシグナル等、β−FeSiに由来する多数の回折ピークが確認できることから、多結晶状態であることを示していた。
Further, as shown in FIG. 14, the β-FeSi 2 thin films of Examples 2 to 5 have a signal indicating approximately (202) or (220) as a surface and a signal indicating (111) derived from the surface of the Si substrate. Since it can be confirmed that only single crystals are contained.
On the other hand, as shown in FIG. 15, the thin films of Reference Examples 2 to 5, particularly Reference Example 2, are formed on β-FeSi 2 such as a signal indicating (040) or (004) or (422) as a surface. A large number of derived diffraction peaks could be confirmed, indicating a polycrystalline state.

本発明は、光エレクトロニクスの分野全般で利用可能であり、特に、受発光素子、太陽電池、熱電変換素子等の構成材料として有用である。   The present invention can be used in the entire field of optoelectronics, and is particularly useful as a constituent material for light emitting / receiving elements, solar cells, thermoelectric conversion elements, and the like.

1・・・薄膜の製造装置、10・・・シリコン基板、12・・・鉄シリサイドターゲット、13,13’・・・ターゲットホルダ、13a,13a’・・・ターゲットホルダの保持部、13b,13b’・・・ターゲットホルダの軸部、13c・・・ターゲットホルダの基幹部、14・・・基板ホルダ、14a・・・基板ホルダの保持部、14b・・・基板ホルダの軸部、14c・・・基板ホルダの基幹部、C10・・・シリコン基板の回転軸、C12,C12’・・・鉄シリサイドターゲットの回転軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thin film manufacturing apparatus, 10 ... Silicon substrate, 12 ... Iron silicide target, 13, 13 '... Target holder, 13a, 13a' ... Target holder holding part, 13b, 13b '... Target holder shaft, 13c ... Target holder backbone, 14 ... Substrate holder, 14a ... Substrate holder holding portion, 14b ... Substrate holder shaft, 14c ... backbone portion of the-substrate holder, C 10 · · · rotation axis of the silicon substrate, C 12, C 12 '··· rotation shaft of iron silicide target

Claims (7)

レーザを鉄シリサイドからなるターゲットに照射して、該ターゲットから発生する飛散粒子をシリコン基板に付着させるレーザアブレーション法を用いた、β−鉄シリサイド薄膜の製造方法であって、
前記ターゲット及び基板を略平行となるように配置し、これらの回転軸が重ならないように回転させ、前記ターゲットへのレーザ照射部位を変化させると共に、薄膜形成時における薄膜形成部位の位置を変化させつつ、前記基板上にβ−鉄シリサイド薄膜を形成することを特徴とするβ−鉄シリサイド薄膜の製造方法。
A method for producing a β-iron silicide thin film using a laser ablation method in which a target made of iron silicide is irradiated with laser to adhere scattered particles generated from the target to a silicon substrate,
The target and the substrate are arranged so as to be substantially parallel, rotated so that their rotation axes do not overlap, the laser irradiation site to the target is changed, and the position of the thin film formation site is changed during thin film formation. On the other hand, a β-iron silicide thin film is produced by forming a β-iron silicide thin film on the substrate.
前記ターゲットをターゲットホルダに保持し、該ターゲットホルダは、本体部と前記ターゲットを保持する保持部とからなり、前記本体部及び保持部が個別に回転可能とされており、前記本体部及び保持部を個別に回転させて、前記ターゲットへのレーザ照射部位の変化を増大させることを特徴とする請求項1に記載のβ−鉄シリサイド薄膜の製造方法。   The target is held by a target holder, and the target holder includes a main body portion and a holding portion that holds the target, and the main body portion and the holding portion are individually rotatable. The method of manufacturing a β-iron silicide thin film according to claim 1, wherein the change of the laser irradiation portion to the target is increased by rotating each of the targets individually. 前記基板において、β−鉄シリサイド薄膜の形成面を(111)とすることを特徴とする請求項1又は2に記載のβ−鉄シリサイド薄膜の製造方法。   3. The method for producing a β-iron silicide thin film according to claim 1, wherein the formation surface of the β-iron silicide thin film is (111) in the substrate. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたことを特徴とするβ−鉄シリサイド薄膜。   A β-iron silicide thin film manufactured by the manufacturing method according to claim 1. β−鉄シリサイドの単結晶を含有することを特徴とする請求項4に記載のβ−鉄シリサイド薄膜。   The β-iron silicide thin film according to claim 4, comprising a single crystal of β-iron silicide. レーザをターゲットに照射して、該ターゲットから発生する飛散粒子を基板に付着させるレーザアブレーション法を用いる、薄膜の製造装置であって、
前記ターゲット及び基板を略平行となるように配置し、これらの回転軸が重ならないように回転可能に保持するターゲット保持手段及び基板保持手段を少なくとも備えたことを特徴とする薄膜の製造装置。
A thin film manufacturing apparatus using a laser ablation method in which a target is irradiated with a laser and scattered particles generated from the target are attached to a substrate.
An apparatus for producing a thin film, comprising at least a target holding means and a substrate holding means for arranging the target and the substrate so as to be substantially parallel and rotatably holding the rotation axes so as not to overlap.
シリコン基板上に形成され、β−鉄シリサイドの単結晶を含有することを特徴とするβ−鉄シリサイド薄膜。   A β-iron silicide thin film formed on a silicon substrate and containing a single crystal of β-iron silicide.
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