【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.15】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24AT0143
利用課題名 / Title
フィールドエミッタアレイの研究
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子放出素子,電子線リソグラフィ/ EB lithography,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
長尾 昌善
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
松本 遼
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
増田 賢一
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
AT-011：i線露光装置
AT-074：エックス線光電子分光分析装置(XPS)
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
我々は、進行波管などの高周波デバイスや、エックス線源、電子顕微鏡、分析装置などで使用される真空中に電子を放出する電子源デバイスの開発を行っている。特に、熱を使わずに電圧を印加するだけで真空中に電子を放出可能な電界放出型の電子源であって、シリコン基板上に電子を放出するエミッタと、電子を放出させるための強電界を印加するゲート電極を一体化したゲート電極一体型のフィールドエミッタの開発を行っている。シリコンフィールドエミッタの作製には、1μm程度のパターン形成が必要で、そのパターニングのためには、i線露光機（AT-011）を利用した。また、作製した電子源からの電子放出特性を改善するために表面に薄膜をコーティングするが、コーティングする薄膜の表面分析を行うためにXPS（AT-074）を利用した。本報告では、XPSを用いた表面分析の一例を紹介する。
実験 / Experimental
電子源のコーティング材料として、表面が比較的不活性と思われる遷移金属の窒化物を選択した。今回はその中でも反応性スパッタを使って簡単に成膜できるTiNを選択した。ArとN2の混合ガスを用いて純Tiターゲットをスパッタすることで、TiN薄膜を成膜し、その表面をXPS（AT-074: KRATOS ANALYTICAL）で分析した。分析条件は以下の通り。Al Kα線をモノクロ化した線源を使い、1200eVから1Vステップでワイドスペクトルを取得した。また、C1s、O1s、N1s、およびTi2pのピークのnarrowスペクトルを取得した。さらに、3kVのAr+イオンビームを30秒間照射することで薄膜表面をエッチングし、薄膜の内部のスペクトルも同様に取得した。イオンビームの照射は30秒間を合計6回照射（エッチング）した。
結果と考察 / Results and Discussion
図1にイオンビームを照射する前のワイドスペクトルと、合計6回（3分間）照射した後のワイドスペクトルを重ねたものを示す。見やすさのために、最表面のデータはx軸方向に若干ずらして有る。最表面のデータからは、カーボンのピークが見られるが、エッチング後は見られない。カーボンは膜中に存在するのでは無く最表面に付着しているだけであることがわかる。一方、酸素のピークは、最表面でもエッチング後も見られることから、最表面が酸化しているだけではなく、膜中にも酸素が存在することが確認できた。Ti2pのnarrowピークを見ると、最表面はケミカルシフトが大きくTiがOと結合していることが確認できた。また、エッチング後のnarrowピークからTiとNの比を求めるとTi:N=1:1.1程度となり、若干窒素が過剰に入っていること、膜中のOの比率は10at%程度であることも解析から明らかにすることができた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 TiN薄膜のXPSスペクトル
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Hiromasa Murata, Optimization of Sputtering Condition for TiN-Coated Si-FEA, 2024 37th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), , 1-2(2024).
DOI: https://doi.org/10.1109/IVNC63480.2024.10652571
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件