SPring8 実習報告
実際に自分の手で計算してみるとより深く理解できた
自然科学研究科 物質生命工学専攻 学籍番号43419446 氏名 菅野達也
Spring-8には以前にも2回ほど実験のために来たことがあったが，詳しくは測定の原理がわからないまま同じ実験の繰り返し，ただ作業をしていただけだったため，あまり楽しくなかった．そのような経験があったことと，実習に関してほとんど事前情報をもっていない状態で参加したため，今回の実習もあまり期待していなかった．しかし，実際に実習に参加したあとの今の感想を言うと，非常に有意義だったと思う．
これまで，私がやっている研究は実験中心で装置の使い方だけ学び，理論は後から少しずつというやり方だった．しかし，今回の実習では装置の使い方だけでなく，測定の原理についても基礎から丁寧に教えてもらえて，今まで曖昧な理解で使っていたX線回折のことがよくわかった．Bragg条件，構造因子，消滅則，格子定数などなんとなくはわかっていたが，いつも計算はコンピュータ任せだったので計算方法については曖昧だった．しかし実際に自分の手で計算してみるとより深く理解できた．こういう機会でもないとなかなか勉強することができない．この経験が，測定結果がおかしいなど何かトラブルが起きたときに必ず役に立つと思う．
また，実習で主に使ったサンプルがサファイアR面基板上に作製したSi半導体薄膜だったことも私にとっては幸運だった．というのは，私が普段研究しているものがサファイアC面およびR面基板上に作製した鉄チタン複合酸化物の磁性半導体薄膜だからである．そのおかげで薄膜作製の予備知識（エピタキシャル成長，格子定数のミスマッチなど）があったため，初めにあった企業の方たちの研究成果の説明が理解できて，とても興味をひかれた．その研究の内容はよく覚えている．サファイアは六方晶のコランダム構造，Siは立方晶の面心立方格子と，構造がぜんぜん違うがサファイア単結晶を斜めに切り出したR面ならばSi(100)の原子の並びとほぼ同じになる．これを利用してサファイアR面上にSi薄膜を作製することを考えついた．しかし，サファイアのa軸長さ，b軸長さが，Siと比較して約15％短いため，うまくエピタキシャル成長させることが難しく，アモルファスになってしまう．いろいろと試行錯誤した結果，成膜温度を900℃まで高めるとうまくSi薄膜が結晶化する．その理由は，温度の上昇に対してSiの格子は小さな増加しかしないのに対して，サファイアの格子は大きく伸びるため，Siとサファイアのab軸長さはほぼ同じになる．このため，この状態ならば基板と膜のミスマッチが小さく，エピタキシャル成長させることができ，成膜後に温度を下げるとサファイアの軸が縮むのに引っ張られて結晶格子の歪んだSi薄膜ができる．これによって通常の歪んでいないSi薄膜よりも優れた特性が得られる．このように近い分野の研究結果を知ることは，自分の研究を続けていくためのいい動機付けになる．実際の研究では時間のかかる大変な測定，失敗や苦労の方が多いが，こういううまくいった研究をきくとまた，自分の研究もいつか成功するかもしれないとやる気がでてくるものだ．
測定については，2種類の測定を行った．一つ目の反射率測定で薄膜の膜厚と密度がわかり，自分の薄膜サンプルにも利用できるかもしれないと思ったのでしっかり測定原理を理解しようとした．X線強度のフリンジの，振幅の減衰から表面粗さが，振動周期から膜厚が，反射臨界角から密度がわかる．膜厚については，厚さによって光路差が変わるので，反射した光が干渉したときの強めあう部分と弱めあう部分が違うので振動周期が変わる．ということが理解できた．表面粗さと密度については，なんとなくしかわからなかった．いつか必要になったときに勉強しようと思う．2種類目のout of plane方向およびin plane方向のX線回折では，もう前半の実験で測定原理を理解しようとがんばりすぎた上に，夜遅くになって疲れていたこともあってあまり細かいことは覚えられていない．最後には時間がなくなってin plane方向の測定はうまくいかないまま終了したが，それもまたいい思い出だ．
実習以外にも，旭化成の方たちの研究の苦労や製造現場での仕事の面白さ，就職して仕事をするときに何が大事なのかという話も聞けて，いい経験になった．参加してよかったと思う．
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