コンビナトリアル技術の概要

１つの試料基板の上に、2元あるいは3元の材料の組成を 0%から100%まで変化させた薄膜を形成します。移動マスクを用いて、くさび状の膜厚傾斜を持つ極薄層を交互に積み重ねます。ユニット層の厚みが 0.2 nm (2A)ですので、この値は原子間距離に等しく、ほぼ理想的な混合物が作成できます。

2元あるいは3元の全ての組成が１つの試料に含まれていますので、1つの組成傾斜試料を分析・解析することで、新機能を得るための組成最適化を短時間で行うことが可能です。

組成傾斜は移動マスクの機械的な動きによって形成しますので、直線性に優れ、試料内の幾何学的な配置と組成が1対1に対応します。

コンビナトリアル成膜手法

必要に応じて加熱した試料基板上に、赤で示した材料Aと青で示した材料Bを交互に積み重ねます。このユニット層の成膜時に、移動マスクを左から右、あるいは右から左へ駆動することで、膜厚が直線的に変化するクサビ状の層を組み合わせて形成します。この極薄ユニット層の堆積ステップを必要な膜厚を得るまで繰り返します。
１つのユニット層の膜厚は 0.2nm (2A) 程度ですので、この値はほぼ全ての材料での原子間距離に等しく、理想的な混合物層が形成できます。
この例では、試料の左端が材料A(赤）が100%、右端では材料B（青）が100%になり、試料の中央では、50%:50% となり、試料内の幾何学的な配置と組成が直線的に対応します。従って、特性評価後の組成定量分析の必要がありません。

このような組成傾斜試料は、成膜時の各パラメータ（基板温度、圧力、堆積速度など）が同一で、かつ試料内の膜厚も一定です。組成のみが試料内で変化していますので、試料の特性評価が安定で容易になります。

下に実際に2元と3元のコンビナトリアル組成傾斜試料を作成している動画をお見せします。マスクを逆方向に動かす代わりに、2元では180度、3元では120度、試料を回転させています。

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