（东京，12 月 27 日）东京工业大学 (Tokyo Tech) 的科学家及其由 JASRI、大阪大学、V体育和奈良科学技术学院的研究人员组成的研究团队刚刚开发出一种新颖的方法，可使用以下方法确定和可视化单个掺杂剂原子的三维 (3D) 结构。该技术将有助于提高目前对半导体中与其电活性相关的掺杂剂原子结构的理解，从而有助于支持高性能器件新制造工艺的开发。

结合使用分光光电子全息术、电学特性测量和第一原理动力学模拟，成功揭示了半导体晶体中掺杂杂质的 3D 原子结构。长期以来，人们一直认为需要更好地了解半导体中掺杂剂的原子结构，主要是因为目前对活性掺杂剂浓度的限制是由于形成各种类型的簇和其他缺陷结构而导致过量掺杂剂原子失活。

寻找以高效率和/或高浓度电激活半导体中的掺杂剂杂质的技术一直是半导体器件技术的一个重要方面。然而，尽管取得了各种成功的发展，但活性掺杂剂可达到的最大浓度仍然有限​​。考虑到掺杂剂原子结构在此过程中的影响，之前已使用理论和实验方法对这些结构进行了研究。然而，直接观察掺杂剂原子排列的 3D 结构迄今为止还很难实现。

在这项研究中，东京工业大学的 Kazuo Tsutsui 及其同事（包括 JASRI、大阪大学、V体育和奈良科学技术学院的研究人员）使用 SPring-8 开发了分光光电子全息术，并利用光电子全息术的功能，根据光电子光谱的峰值强度确定不同位置的掺杂剂浓度，并对电活性/非活性原子位置进行分类。这些结构与载流子的密度直接相关。在这种方法中，核心能级电子的软X射线激发导致各种原子发射光电子，然后光电子的波被周围的原子散射。由此产生的干涉图案产生光电子全息图，然后可以用电子分析仪捕获该全息图。以这种方式获得的光电子能谱包含来自多个原子位点的信息。因此，进行峰值拟合以获得各个原子位点的光电子全息图。该技术与第一原理模拟相结合，可以成功估计掺杂剂原子的 3D 结构，并评估它们不同的化学键合状态。该方法用于估计掺杂到硅表面的砷原子的 3D 结构。获得的结果充分证明了所提出方法的威力，并证实了之前的几个结果。

这项工作展示了分光光电子全息术在分析半导体中常规杂质方面的潜力。该技术可以进行难以用其他方法进行的分析，因此应该有助于开发改进的掺杂技术，并最终支持高性能器件的制造。

参考

作者：	筒井一夫1,*，松下智博2，名取小太郎3，室隆贵之2，森川芳忠4，星井卓也3，角岛国之3，若林仁3，林浩一5，松井文彦6和木下丰彦2
原始论文标题：	使用光谱光电子全息术对掺杂硅中的多个掺杂位点进行单独原子成像
期刊：	纳米字母，第 17 卷，第 7533-7588 页，(2017)
DOI：
隶属关系：	1东京工业大学创新研究所 2日本同步辐射研究所 (JASRI) 3东京工业大学工学院 4大阪大学精密科学技术系 5V体育物理科学与工程系 6奈良科学技术大学材料科学研究科

这项研究也被介绍于.

*通讯作者电子邮件： ktsutsui@eptitechacjp

图 1 光电子全息

软X射线激发核心能级电子，导致各种原子发射光电子，然后其波被周围原子散射。散射光电子波和直接光电子波之间的干涉图案产生光电子全息图，然后可以用电子分析仪捕获该全息图。

联系人

川口惠美子
公共关系科，
东京工业大学
电子邮件：media@jimtitechacjp
+81-3-5734-2975

SPring-8/SACLA
信息和外展部分，
用户管理部，
日本同步辐射研究所 (JASRI)
电子邮件：kouhou@spring8orjp
电话。 +81-791-58-2785，传真+81-791-58-2786

总务部考核宣传科
大阪大学工学研究科
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白木国明
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V体育
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+81-527-357-425

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