大 学 研 究 室 紹 介

法政大学

イオンビーム工学研究所とマイクロ・ナノテクノロジー研究センター
法政大学イオンビーム工学研究所
１．はじめにさ とう佐藤

まさたか政孝２．法政大学イオンビーム工学研究所

法政大学では工学部情報電気電子工学科、電子情報学科

写真１は法政大学イオンビーム工学研究所に最初に設置やシステム制御学科、物質化学科で、半導体電子デバイスされた、バンデグラーフ型イオン加速器です。発生できるに関連の深い、電子材料や半導体に関する研究が教員を中電圧は最高250万ボルトです。加速できるイオンは、ヘリウ心に進められています。筆者が所属するイオンビーム工学

ムと水素で、これらを写真２のようにビームラインを通し研究所は、1980年に法政大学が100周年を迎えたことを契機て測定用のチャンバーに導きます。測定用のチャンバーにとして設立されました。設立当初には、250万ボルトの電圧は、固体検出器や X 線検出器が装備され、ヘリウムや水素を発生するイオン加速器が設置され、前述の工学部教員がが固体に照射されたときに発生する、散乱イオンや X 線をこのイオン加速器を利用し、電子材料を中心とした固体材測定することができます。

料の分析に利用してきました。また、1993年には２台目の最も軽い元素であるヘリウムや水素が固体に照射されたイオン加速器が導入されました。この加速器は固体材料へとき、一般的に固体を構成する元素はこれらのイオンよりの高エネルギーイオン注入が主な用途で、イオンビームをも重いので、ヘリウムや水素はターゲット原子と衝突する利用した固体材料の分析ばかりでなく、イオンビームを利とターゲット表面から散乱し、飛び出します。この散乱し用した固体材料の改質・加工に関する実験を行うことがでたイオンのエネルギーはターゲット原子の重さに比例する、きるようになりました。この間、イオンビーム工学研究所

すなわちターゲット原子が重たいほど大きなエネルギーでを利用した研究テーマは、半導体とそれに関連した電子材散乱されるので、このエネルギーを固体検出器で測定すれ料に関する研究に重点が置かれ、各種の実験装置や小さいば、たちどころにターゲット原子の種類がわかります。もながらもクリーンルームを設置するなどの関連研究設備のちろん、化合物の場合でも元素を区別することができ、加整備が進められました。

えてその組成比を求めることができます。このような元素

法政大学マイクロ・ナノテクノロジー研究センターは、分析法はラザフォード後方散乱法と呼ばれています。

文部科学省の高度研究化推進事業・ハイテクセンター整備

写真３は2003年に設置された２台目のイオン加速器で、事業により2003年度に設立され、法政大学が小金井市緑町

タンデム型高エネルギーイオン注入装置です。写真４はそに新たに取得した校地にその設備が建設されました。こののイオン注入用ビームラインです。このタンデム型高エネセンターでは３つの研究プロジェクトが進んでおり、筆者

ルギーイオン注入装置の最大発生電圧は、150万ボルトです。

は「耐環境分散型電子デバイスに関する研究」プロジェク

しかし、この加速器から取り出すことのできるイオンのエトに参加しています。他には、メカトロニクスとナノマテネルギーは最大600万電子ボルトに設定されています。この

リアルやナノバイオ技術に関する研究プロジェクトが進行

加速器は図１に示すように、対称に設置された２本の加速しています。
「耐環境分散型電子デバイスに関する研究」プ管の接続点にプラスの高電圧を印加します。図１のように、ロジェクトでは、研究センターに約240m2 ほどのクリーン入り口からは、負イオンを入射します。すると、クーロンルームを整備し、ここではワイドギャップ半導体（GaN や引力によって加速管の接続点に向かって加速されます。接SiC）の電子デバイスの試作と評価および電子デバイスプロ続点にまで達したイオンはここで、E エレクトロンボルトセスに関する研究を行っています。このような半導体デバのエネルギーを獲得します。しかし、このままイオンが進イスの試作実験設備の他に、試作した電子デバイスの高周

んでは今度はクーロン引力でエネルギーを失ってしまいま波特性を測定・評価する計測器が整備されています。

す。そこで、２本の加速管の接続点で、負イオンを正イオ今回、これらの研究所と筆者の研究室を紹介する機会をいただいたので、それぞれを紹介させていただきます。

ンに荷電変換します。荷電変換で発生した正イオンは再びクーロン反発力によって再び加速され、イオン加速器の出口では（２× E）エレクトロンボルトのエネルギーに加速

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法政大学されたことになります。このように、２本の加速管を接続していることから、“タンデム”型イオン加速器と呼ばれます。高電圧発生回路は、高周波駆動型のコッククロフトン回路です。２本の加速管の接続点での荷電変換では、１価の負イオンから１価の正イオンだけでなく、２価や３価の正イオンも同時に発生します。したがって、高エネルギー側の加速管では、これらの多価のイオンも同時に加速されます。これらのイオンは、その価数を n とすると、加速器出口では（n ＋１）× Eエレクトロンボルトの運動エネルギーを有することになります。エネルギーの異なるイオ
図１

ンの弁別には、加速器出口にある偏向電磁石を用います。
このようなメカニズムにより、150万ボルトの電圧を発生することで、600万エレクトロンボルトにイオンを加速するこび加工を行う実験設備が整備されています。とができます。
このタンデム型イオン加速器は、前出のバンデグラーフ

３．法政大学マイクロ・ナノテクノロジー研究センター

イオン加速器と同様に、イオン散乱による元素分析も行え

法政大学では2003年に、文部科学省学術研究高度化推進

ますが、イオンビーム工学研究所では写真４のように、イ事業ハイテクリサーチセンター整備事業の選定を受け、小オン注入用のビームラインを接続し、半導体ばかりでなる、金井市緑町にマイクロ・ナノテクノロジー研究センターをステンレス素材や石英ガラスなどに、さまざまなイオン注開設しました。この研究センターでは、ナノマテリアルや入を行っています。時には、非常に多くのイオンを注入すナノバイオロジーなどの研究プロジェクトが展開していまることで新機能物質を創製する研究も行われてきました。

す。筆者の所属する耐環境型分散電子デバイスに関する研

イオンビーム工学研究所ではこのほかに透過型電子顕微究プロジェクトでは、約240m2 程度のクリーンルームを整鏡や真空蒸着装置など、イオンビームによる元素分析試料備し、半導体電子デバイスの設計、シミュレーションから、の調製や、イオン注入するもしくは行った試料の分析およ電子デバイスの試作、評価するまでの一貫した研究装置を整備しました。
クリーンルームには、電子線描画、真空蒸着、スパッタ、ドライエッチング、酸化炉などの各種研究試作装置や GaNや SiC を1300度以上で熱処理する高温加熱装置など、トランジスタの試作を行えるほどの設備を用意することができました。このクリーンルーム
は、 一 部 が ク ラ ス100お よ び

写真１

写真２

1000の清浄度に設定され、これらの一画で、リソグラフィーや試作デバイスの試験を行っています。真空蒸着装置などはクラス10000のエリアに設置されています。写真５は、クラス10000に設置されている研究装置です。
こ れ ら の 設 備 を 用 い て、GaN を用いた高周波用トランジスタの設計、試作およびその製造プロセスの研究や、SiC

写真３

写真４を用いた高耐圧・低損失電子
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大学研究室紹介
デバイスの試作と製造プロセスの研究を行っています。筆2000年には早速、前出のタンデム型高エネルギーイオン

者は、SiC ついての研究を主に担当しています。SiC で製造加速器が消費する電力を各構成部毎に測定するなどの活動したトランジスタは、Si よりも高温で動作する、トランジに着手しました。スペック上では想像していたものの、タースタでの損失が低減できるなどの性能が期待され、研究がボ分子ポンプの起動時の電力消費の具合や高周波回路の効進展しています。写真６は、これらの研究を毎日クリーン率が高いなど、具体的なデータを目にすることができるなルームにこもりながら実験・試作に取り組んでいる、私がど貴重な経験をしました。その後は、中電流イオン注入装指導する大学院生（法政大学大学院工学研究科電気工学専置（情報電気電子工学科に設置）を利用し、注入装置から攻）たちです。もちろん彼らとはクリーンルームの外でもの発熱や排気熱の測定など、装置が消費する電力ばかりで会うのですが、クリーンスーツを着込んでいる彼らになじなく、ユーティリティへ与える負荷の定量測定へと調査はみがあるほどです。

進展しました。1994年からは前出のマイクロ・ナノテクノ
ロジー研究センターのクリーンルームが整備されたことで、４．半導体製造装置の省エネルギー化に関する研究

各種の蒸着装置や酸化炉の消費エネルギーと発熱およびクここで紹介させていただいたように筆者は、半導体材料リーンルーム（付帯設備を含む）へ与える負荷の評価などと電子デバイスを研究するなかで、非常に多くの装置や設に進展しました。環境部省エネルギー専門委員会では、普備を利用してきました。また、このような大規模の設備を段の学会活動などではお会いできないような半導体製造装１つの研究室で維持することは、非常に困難なことなので、置メーカーや関連業界の技術者の方々にお会いすることが法政大学では、イオンビーム工学研究所やマイクロ・ナノでき、大いに刺激を受けています。

テクノロジー研究センターを整備し、学内外の研究者へ提５．おわりに供してきました。
筆者は、日立製作所からおいでになった工学部情報電気

このたび筆者の研究室の紹介する機会をいただきました

電子工学科中村徹教授とこれらの研究センターで共同してが、法政大学の主な半導体を中心とした研究センターの紹研究にあたっています。このようなときに、1999年頃、日介となってしまいました。筆者は常にイオンビーム工学研

本半導体製造装置協会から畑氏（当時東京エレクトロン）究所やマイクロ・ナノテクノロジー研究センターの諸設備と原田氏（SEAJ 環境部）のお二人が中村教授を訪問され、の管理・維持に目を配り、時には学生と一緒にこれらの設半導体製造装置が消費するエネルギーの調査・研究を企画備の修理、オーバーホールまで行います（おかげでここ１年、していると、協力を要請されました。そこに筆者も呼ばれ、肩痛が…）。このような意味で私の研究室は、２つの研究セ意見交換させていただきました。筆者はその頃から SiC にンターを跨いで広がっています。

関する研究を始めていましたが、SiC を用いた低損失電子

最後に、本稿が読者の皆様のお役に立たないまでも、少デバイスの目的の１つはいうまでもなく、電気・電子機器しでも興味をお持ちいただければと思います。なお、2つのの省エネルギー化にあります。このようなこともあり、そ研究センターの詳細については、http://www.hosei.ac.jp/

れから SEAJ における半導体製造装置の省エネルギー化にをご参考いただければと思います。

関する調査・研究に協力させていただいています。

写真５40

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写真６

法政大学

佐藤研究室紹介

M1

工藤尚宏

記

法政大学佐藤政孝研究室は佐藤政孝教授と電気工学専攻の大学院生、工学部情報電気電子工学科の学生で構成されています。
本学は私学では珍しく２台のイオン加速器を備えるイオ
ンビーム工学研究所があるため、イオンビームを用いた半導体材料の改質、評価などをはじめ、多岐に渡る半導体プ

佐藤研ゼミ室の風景ロセスに関する研究を行っています。近年はイオンビーム工学研究所の設備の他に小金井キャンパスの近隣に位置す

年度が替わり、新３年生がゼミに所属する４月は新３年生

るマイクロ・ナノテクノロジー研究センター内の設備も使歓迎会があります。新３年生と研究室生の初顔合わせの場用しながら研究を進めています。研究設備の充実により、であり、お酒と肴を通じて交流します。お酒を飲んだ佐藤

学生は円滑に研究を進めていくことが可能です。また、企教授が見せる意外な一面に、新３年生は驚きを隠せません。

業からの共同研究の依頼も多数あり、大学外との連携も行

そして毎年８月は年間最大のイベントである２泊３日の夏われています。

合宿が、法政大学の富士セミナーハウスで開催されます。

研究室での日常は、やはり研究が主です。大学院生は１

合宿初日は、卒論生による卒論中間発表会があり、親交の人１テーマ以上を持ち、学部学生と協力しながら研究を進深い同大学の栗山研究室と合同で行っています。緊張しためていきます。研究室全体の打ち合わせは週に１度、１時面持ちの卒論生の発表を聞き、学生同士が意見を交し合い間半程度設けられており、研究の進捗状況を共有することます。先生の鋭い質問に、思わず絶句してしまう発表者もができます。そのほかに学生が教授室を訪ねて報告するこいます。発表が終わると、いよいよお楽しみの懇親会が始ともありますが、そこでは議論に熱が入り、部屋から大きまります。お酒、卓球や麻雀など、宴は朝まで続きます。

な声が聞こえてくることもしばしばです（叱られていると合宿２日目、こちらも恒例のボーリング大会が行われます。

も言います。
）。また、教授が頻繁に学生のゼミ室を訪れる

親交の深い栗山研究室、そして中村研究室も加わり、真剣ため、様々な状況で研究の相談をすることができます。そ勝負を繰り広げます。成績優秀者は、豪華景品が授与されの際、研究に関する相談のみならず、時には学生のプライます。ボーリング大会が終わると、バーベキュー、そしてベートな相談にも応じてくれます。時折、実験の息抜きに、再び宴会へ流れます。２泊３日で行われる合宿により、学バドミントンで汗を流したり、教授と学生の飲み会が行わ生同士そして学生と教授の交流がしっかり深まります。12

れ、佐藤教授推薦のお店でおいしい料理をいただきます。

月は忘年会、そして３月はいよいよ卒論修論発表会があり、そこでは実験を忘れ、何気ない話題に花を咲かせています。

卒論修論生は学生生活の幕を閉じます。こうしたイベント

このように、教授室、学生のゼミ室ともにイオンビーム工を通して、印象深い佐藤研生活の１年が過ぎてゆきます。

学研究所内にあり、教授と学生が常に密な連携を取ること

佐藤研究室は、発足後10年が経過し、今年は初の OB 会が出来る非常に珍しい環境にあることで、より親密な教授が行われます。このイベントは、学生が卒業した後も、世と学生の関係を築くことができています。

代を越えて気軽に交流を行なうことができる場となります。

本研究室は、毎年、様々な通例イベントが行われています。

イオンビーム工学研究所

今後、佐藤研究室の新たな通例イベントとなるでしょう。

佐藤研ゼミ生と佐藤教授
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