プロジェクト紹介
本プロジェクトでは、半導体製造システムにおけるキーマテリアルに関する課題を対象として、定期的に学術講演および交流活動を実施する。これらの活動は、材料科学、電子光学、半導体装置分野に焦点を当て、分野横断的な研究者間の学術交流を促進するとともに、研究開発の方向性と実際の産業ニーズとの連携強化を図るものである。
本講演シリーズは、プロジェクトにおける連携・交流体制の一環として継続的に実施する。
招待講演
概要：走査型電子顕微鏡（SEM）において、二次電子（SEs）および後方散乱電子（BSEs）のエネルギー識別は、従来取得が困難であった情報の取得を可能にします。二次電子については表面電位差の測定が期待され、後方散乱電子については埋もれた構造の観察が可能となります。このエネルギー識別は、「ファウンテン検出器（fountain detector）」およびエネルギーフィルターを備えたMCP（マイクロチャネルプレート）検出器によって実現されています。本発表では、これらの検出器の特性を説明するとともに、それらを用いて得られた以下の成果を紹介します：
（1）SEスペクトロスコピーによる多結晶Bドープダイヤモンド中の欠陥および不純物濃度の観察；
（2）BSEスペクトロスコピーによるAl多結晶中のBi粒子分布の観察；
（3）Al/Siショットキー界面におけるコンタミネーションの観察。
概要：ノッチやオリエンテーションフラットなどの非標準形状を有する半導体ウェハにおいて、抵抗率を高精度に測定することは依然として課題である。特にウェハ端部付近では、形状の不連続性に起因する系統誤差が大きくなり、測定精度に大きな影響を及ぼす。標準的なJIS規格に基づく測定手法は、このような局所的な幾何学的変化を十分に考慮しておらず、エッジ近傍領域での高精度評価には限界がある。
本研究では、四探針プローブ配置とウェハ実際のエッジ形状を考慮した有限要素法（FEM）シミュレーションフレームワークを構築し、測定抵抗値に対する高分解能かつ信頼性の高い補正係数を算出する手法を提案する。FEMにより導出された補正係数を適用することで、ノッチ近傍や切断エッジ周辺を含む様々な形状のウェハに対して、再現性の高い高精度な抵抗率評価が可能となる。本講演では、FEMモデリング手法、実測データによる検証結果、および代表的な応用事例について紹介するとともに、関連特許についても簡潔に述べる。我々は、4探針法の構成 とウェーハの実際のエッジ形状をモデル化し、測定抵抗値に対する堅牢で高分解能な補正係数を計算する有限要素法（FEM）シミュレーションフレームワーク を提案します。このFEMから導出された補正により、ノッチやカットエッジに近い領域を含む、様々な形状のウェーハ全体にわたって、正確で再現性の高い抵抗率評価が可能になります。
本講演では、モデリング手法、実測による検証、および代表的な適用事例について説明し、関連特許について簡潔に議論します。
半導体熱電材料とTiO2光触媒の高性能化への探索
実験と第一原理計算
概要：長年、半導体熱電材料とTiO2光触媒の高性能化について実験研究と第一原理計算を用いた研究結果をまとめて講演する予定である。まず、これまで研究背景を説明し、続いてTiO₂₋᙮, TiₙO₂ₙ₋₁熱電材料の実験と第一原理計算、TiO₂₋᙮光触媒の実験と第一原理計算を紹介する。第一原理計算によって高機能熱電材料と光触媒高機能化への解析とメアニズムの解析に非常に有効である。また、Ni-M-Al系ホイスラー合金熱電材料に関して第一原理計算による候補材料の選定について紹介する。講演は、日本語で行う予定である。
元素で遊ぶ：ハイエントロピー合金に焦点を当てて
第一原理計算と機械学習
概要：材料世界の多様性は、100種類以上の化学元素を基盤として構築される、組成および原子配置の無数の組み合わせによって生み出されている。ハイエントロピー合金（HEA）は、複数の主要元素を比較的大きな割合で混合することにより形成される新しい材料群である。このような元素の取り扱いに関する従来とは異なる設計パラダイムは、多様な特異な物性をもたらし、活発な研究分野の急速な発展を引き起こしている。
本講演では、まず2種類の五元系HEA、すなわちカントール合金 FeCoNiCrMn と、Mn を意図的に Pd に置換して合成した FeCoNiCrPd を出発点とする一連の研究を紹介する。後者は、元のカントール合金よりも著しく高い強度を示す材料である。第一原理計算（DFT）を用いることで、Pd 置換による機械的特性向上のメカニズムを解明するとともに、Pd 含有 HEA における原子分率の大きな揺らぎの起源を説明した。さらに本研究をさまざまなカントール系派生合金へと拡張し、いくつかの興味深い物理現象の起源を明らかにした。例えば、既知の HEA の中で記録的に高い磁気モーメントを示す四元合金系や、部分的な化学的不規則性が相変態挙動に重要な役割を果たす六元系合金などが挙げられる。また並行して、本研究過程で蓄積された 1,000 件以上の DFT データを機械学習と組み合わせることで、優れた物性を有する新たなカントール系派生組成を複数予測した。さらに、DFT データの範囲を超えたより広い組成空間を探索するため、生成 AI（GAN）によるデータ拡張と、物理ベース手法であるクラスター展開（CE）を併用した。これらの研究は、ハイエントロピー合金の物理的理解を深化させるとともに、多主元素材料の高速探索・設計に向けた新しいアプローチを提示するものである。
走査型非線形誘電率顕微鏡による半導体デバイス・材料の微細構造の高分解能評価
10⁻²² F/√Hzの世界
概要：走査型非線形誘電率顕微鏡法(SNDM)は強誘電分極分布を可視化する顕微鏡として開発された．誘電体の非線形誘電現象は極めて小さく，それを検出するためSNDMは開発当初から10⁻²²F/√Hzという世界最高の静電容量変化を検出できる感度を持っており半導体計測にも極めて有効である．
講演では簡単に計測原理を述べた後MOS界面解析・原子層半導体のキャリア分布観測を中心として最新の研究成果について解説を行う。
概要：全固体リチウム金属電池は、次世代エネルギー貯蔵技術における重要な材料課題の一つであり、イオン輸送、機械的安定性、および界面安定性を同時に制御することが求められている。固体電解質の中でも、Li スタッフド・ガーネット型酸化物は、高いリチウムイオン伝導率、リチウム金属に対する化学的安定性、さらに高電圧正極と両立可能な広い電気化学的安定窓を有することから、有望な材料として注目されている。しかしながら、実用化に向けては依然としていくつかの課題が存在する。具体的には、大面積固体電解質の高密度焼結、リチウムデンドライトの侵入、さらには固体―固体界面における高抵抗接触など、加工プロセスおよび界面に関連する問題が挙げられる。
本講演では、Li スタッフド・ガーネット型固体電解質に関する我々の最近の材料研究を紹介し、特に焼結プロセスと微細構造制御、ならびに界面工学的アプローチに焦点を当てて議論する。プロセス条件、微細構造、および界面挙動の相関を明らかにすることで、ガーネット系固体電解質における安定性と破壊メカニズムを支配する主要な材料要因の理解を目指す。最後に、全固体リチウム金属電池の実用化に向けた今後の課題と研究の方向性について展望する。
