論文 - 山内　淳

Core-level shifts in x-ray photoelectron spectroscopy of arsenic defects in silicon crystal: A first-principles study

Yamauchi J., Yoshimoto Y., Suwa Y.

AIP Advances （AIP Advances）  10 （ 11 ） 115301-1 - 115301-8 2020年11月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

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© 2020 Author(s). We systematically investigated the arsenic (As) 3d core-level x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) binding energy and formation energy for As defects in silicon by first-principles calculation with a high accuracy of 0.1 eV by careful evaluation of the supercell size. For As, we adopt a pseudopotential with 3d states as the valence and the spherical hole approximation to ensure the convergence of self-consistent calculation for the XPS binding energy with large size systems. Some of the examined model defects have threefold coordinated As atoms. The XPS binding energies of these As atoms are distributed in the narrow region from -0.66 eV to -0.73 eV in neutral charge states. Such defects in negative charge states have a lower XPS binding energy by about 0.1 eV. From the XPS binding energy and electrical activity, negatively charged defects of a vacancy and two adjacent substitutional As atoms (As2V) are the most probable candidates for the experimentally observed peak at -0.8 eV called BEM from the reference substitutional As peak. Under the experimental condition, we find that As2V-,2- do not deeply trap electrons and are electrically inactive. We also demonstrate the surface effect that surface states near the bandgap decrease the XPS binding energy, which may generate defects with low binding energies similarly to the experimental peak at -1.2 eV called BEL.

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First-principles calculation of X-ray photoelectron spectroscopy binding energy shift for nitrogen and phosphorus defects in 3C-silicon carbide

Matsushima N., Yamauchi J.

Japanese Journal of Applied Physics （Japanese Journal of Applied Physics）  58 （ 6 ） 061005-1 - 061005-10 2019年05月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  00214922

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We systematically investigated the formation energies and the core-level X-ray photoelectron spectroscopy binding energy (XPSBE) shifts of nitrogen (N) 1s and phosphorus (P) 2p for defects including N and P in 3C-SiC by a first-principles calculation using the generalized gradient approximation, whose reliability for n-type defects was confirmed by some tests using the HSE06 hybrid functional. XPSBEs were separated into the local potential average around the impurity and the relaxation energy of the wave function to analyze the relationship between the XPSBE shift and the defect structures. It is difficult to understand the relaxation energy intuitively. The electrons localized around the impurity atom, which have energy levels in energy gaps, make a large contribution to the relaxation energies. Considering the formation energies, we predicted some XPS peaks expected to be found.

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First-principles X-ray photoelectron spectroscopy binding energy shift calculation for boron and aluminum defects in 3C-silicon carbide

Matsushima N., Yamauchi J.

Japanese Journal of Applied Physics （Japanese Journal of Applied Physics）  58 （ 3 ） 031001-1 - 031001-10 2019年03月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  00214922

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© 2019 The Japan Society of Applied Physics. We systematically investigated the core-level X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) binding energy shifts of B 1s and Al 2p and formation energies for defects including boron and aluminum in 3C-silicon carbide (SiC) by first-principles calculation. We analyzed the relation between the XPS binding energy shift and defect states and found that the defects with localized electrons in the band gap or energy gap in the valence band have larger XPS relaxation energies (XPSREs) than those without localized electrons. In contrast, spread electrons and electrons localized away from the core hole hardly affect the XPSREs. Further, we analyzed the dependence on crystal matrices, that is, elemental and compound semiconductors, on XPS spectra by comparing the XPS spectra of Si and 3C-SiC. Although the variation of the local potential in 3C-SiC is larger than that in Si, the variations of their relaxation energies are comparable.

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X-ray photoelectron spectroscopy analysis of boron defects in silicon crystal: A first-principles study

YAMAUCHI JUN, Yoshimoto Yoshihide, and Suwa Yuji

Journal of Applied Physics （AIP Publishing）  119 （ 17 ） 175704-1 - 175704-9 2016年05月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

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We carried out a comprehensive study on the B 1s core-level X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) binding energies and formation energies for boron defects in crystalline silicon by first-principles calculation with careful evaluation of the local potential boundary condition for the model system using the supercell corresponding to 1000 Si atoms. It is reconfirmed that the cubo-octahedral B12 cluster in silicon crystal is unstable and exists at the saddle point decaying to the icosahedral and S4 B12 clusters. The electrically active clusters without any postannealing of ion-implanted Si are identified as icosahedral B12 clusters. The experimentally proposed threefold coordinated B is also identified as a h001iB-Si defect. For an as-doped sample prepared by plasma doping, the calculated XPS spectra for complexes consisting of vacancies and substitutional B
atoms are consistent with the experimental spectra. It is proposed that, assuming that the XPS peak at 187.1 eV is due to substitutional B (Bs), the experimental XPS peaks at 187.9 and 186.7 eV correspond to interstitial B at the H-site and h001iB-Si defects, respectively. In the annealed
samples, the complex of Bs and interstitial Si near the T-site is proposed as a candidate for the experimental XPS peak at 188.3 eV.

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First Principles XPS Calculation for the B defects in SiC

Naoki Matsushima and Jun Yamauchi

JPS Conference Proceedings(APPC12) （The Physical Society of Japan）  1   012027-1/4 2014年03月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

First-principles core-level X-ray photoelectron spectroscopy calculation on arsenic defects in silicon crystal

Hiroki Kishi, Miki Miyazawa, Naoki Matsushima, and Jun Yamauchi

AIP Conference Proceedings(ICDS2014) （ICDS committee）  1583   226-229 2014年02月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

First-principles X-ray Photoelectron Spectroscopy Calculation on Defects in Semiconductors

山内 淳

東京大学物性研究所スーパーコンピュータアクティビティレポート巻頭論文 （東京大学物性研究所）     1-8 2013年06月

研究論文（大学，研究機関等紀要）, 共著

シリコン結晶中のホウ素欠陥によるXPSスペクトルの第一原理計算

山内 淳

固体物理 （株式会社アグネ技術センター）  48 （ 5 ） 215-225 2013年05月

研究論文（学術雑誌）, 単著, 査読有り

A first-principles core-level XPS study on the boron impurities in germanium crystal

YAMAUCHI JUN, Yoshimoto Yoshihide, and Yuji Suwa

AIP Conference Proceedings (ICPS2012) （ICPS commitee）  1566   41 2013年

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

第一原理計算の基礎：密度汎関数法を中心として

山内 淳

第１６回分子シミュレーション夏の学校 （分子シミュレーション研究会）  2012年09月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 単著

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密度汎関数法の基礎に関する約６時間の講義

X-ray photoelectron spectroscopy for the boron impurities in silicon: a first-principles study

山内 淳

AIP Conference Proceedings （American Institute of Physics）  1399   89 2011年12月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

Identification of boron clusters in silicon crystal by B1s core-level X-ray photoelectron spectroscopy: A first-principles study

Jun Yamauchi, Yoshihide Yoshimoto, and Yuji Suwa

Applied Physics Letters （The American Institute of Physics）  99   191901 2011年11月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

第３０回半導体物理学国際会議(30-ICPS)報告・印象記

荒川泰彦、桝本泰章、山内 淳、上村洸

固体物理 （株式会社 アグネ技術センター）  45 （ 12 ） 801-818 2010年12月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Qualitative Prediction of the Confinement Effect in the Effective Mass Using a Density Functional kp Perturbation Calculation

山内 淳

AIP Conference Proceedings （American Institute of Physics）  1199   481-482 2010年01月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 単著, 査読有り

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A procedure is proposed to predict electronic structures in thin films from bulk properties using density functional
k · p perturbation method. This procedure is based on the phenomenological expression of zero-point energy using effective
mass approximation. It is found that the results by this procedure and those calculated using slab models agrees very well. A
prediction is also demonstrated for the electronic structures of < 110 > uniaxially strained silicon thin films in the < 001 >
confinement.

Qualitative Prediction of Conduction Band Valley Profile in Silicon Thin Films from Bulk Properties by Density Functional k.p Perturbation Theory

山内 淳

Journal of Computational and Theoretical Nanoscience （United States of America, American Scientific Publishers）  6 （ 12 ） 2559-2566 2009年12月

研究論文（学術雑誌）, 単著, 査読有り

ICPS29レポート

山内 淳

ニュースレターQSQD （特定領域「次世代量子シミュレータ・量子デザイン手法の開発」）   （ 13 ）  2008年09月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 単著

シリコンナノ構造の第一原理計算：有効質量異常の発現

山内 淳

固体物理 （株式会社アグネ技術センター）  43 （ 5 ） 289-296 2008年06月

研究論文（学術雑誌）, 単著

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シリコンナノ構造における輸送特性をきめる物理量としての有効質量に着目し、板状チャネルにおける膜厚並びに二軸歪みをパラメタとして第一原理計算を用いて検討したところ、あるパラメタ領域で異常を呈することを予測した。この異常の物理的原因を閉じ込め、歪みの両側面から解明した。

Effective Mass Anomalies in Strained Si Thin Films and Crystals

山内 淳

IEEE Electron Device Letters （IEEE Electron Decices Society）  29 （ 2 ） 186-188 2008年02月

研究論文（学術雑誌）, 単著,  ISSN  0741-3106

ナノ構造での第一原理計算

山内 淳

応用物理学会　薄膜・表面分科会「ニュースレター」 （応用物理学会　薄膜・表面分科会）  131   29-36 2007年12月

研究論文（学術雑誌）, 単著

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本稿では最初に第一原理計算をナノ構造に適用する場合に生じる基本的な問題点（原子数と計算量のスケーリング）並びに現状における解決方法の方向性に関して簡単に紹介する．その後，ナノ構造第一原理計算の一例として，Ｓｉナノスケール薄膜構造に二軸歪を印加した系において，電子伝導の重要なパラメタである有効質量の縦方向成分が発散するという理論的予測について解説する．

Electronic transport properties of strained Si thin films: Effective mass anomalies

山内 淳

Proceedings of the 28th International Conference on the Physics of Semiconductors （American Institute of Physics）     1405-1406 2007年06月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 単著, 査読有り

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USLIの微細化にともない、高性能なMOSFETチャネルとして、歪みを印加した半導体薄膜の研究が盛んに行われている。本論文では、nmスケールのSi薄膜においては、薄膜膜面方位、歪み、膜厚に依存して、素子特性に大きな影響を与える物理量である電子の有効質量が特異的に変化するパラメタ領域が存在することを第一原理計算によって初めて示した。特に＜１１１＞方向に閉じ込めた場合について詳細に報告している。

Effective-Mass Anomalies of Strained Silicon Thin Films: Surface and Confinement Effects

JUN YAMAUCHI, SHUNICHI MATSUNO

Japanese Journal of Applied Physics （物理系学術誌刊行協会）  46 （ 5B ） 3273-3276 2007年05月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

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ナノ構造においてはメゾ系と異なり、有効質量などのメゾ系では定数として扱われていた物理パラメタが大きく変化する場合がある。ULSI等のチャネルとして利用されるSi薄膜において縦方向有効質量が発散する物理的原因について密度汎関数を用いて解析し、この発散の原因として、表面界面の影響は限定的であり、本質的に閉じ込め効果に依ることを示した。

IEDM２００６報告

山内 淳

ニュースレターQSQD （特定領域「次世代量子シミュレータ・量子デザイン手法の開発」）   （ 6 ）  2007年04月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 単著

第一原理計算の諸条件：サンプルｋ点、カットオフエネルギー、擬ポテンシャル

山内 淳

表面科学 （表面科学学会）  28 （ 3 ） 135-143 2007年03月

研究論文（学術雑誌）, 単著, 査読有り

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第一原理計算特に密度汎関数法の計算条件についてのレビュー

第一原理計算を理解するために

山内 淳

日本物理学会誌 （日本物理学会）  61 （ 8 ） 614-615 2006年08月

研究論文（学術雑誌）, 単著

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第一原理計算特に密度汎関数法を学習するための参考書、文献のレビュー。新著紹介小特集「学会誌の記事を広く楽しく読むために」の第５回目として掲載。

Electronic transport properties of thin channel regions from SOI through GOI: A first-principles study

JUN YAMAUCHI

Thin Solid Films （Elsevier）  508   342-345 2006年03月

研究論文（学術雑誌）, 単著, 査読有り

Density functional calculation of work function using charged slab systems

SEIJI KAJITA, TAKASHI NAKAYAMA, JUN YAMAUCHI

Jounal of Physics: Conference Series （Third Conference of the Asian Consortium for Computational Material Science）  29   120-123 2006年

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Deactivation mechanism of In atoms doped in a Si crystal and reactivation due to codoping with B and C

山内 淳、青木　伸俊

Physical Review B （The American Physics Society）  71 （ 20 ） 205205-1-8 2005年05月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

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Si結晶中のｐ型ドーパントとして最近期待されているインジウム原子は、広く使用されている硼素に比べて電気的活性化率が低いことが難点である。この低活性化率の原因として再隣接In2クラスター生成機構を提案し、あわせて活性化率向上の処方箋として、Ｂ、Ｃの同時ドーピングを提案した。

Electronic transport properties of Si thin film from bulk to sub-nm thickness: a first-principles study

山内 淳

Proceedings of the 27th International Conference on the Physics of Semiconductors （ICPS committee）     83-84 2005年

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 単著, 査読有り

Nanotube-based molecular magnets with spin-polarized edge states

Yusuke Higuchi, Koichi Kusakabe, Naoshi Suzuki, Shinji Tsuneyuki, Jun Yamauchi, Kazuto Akagi, and Yoshihide Yoshimoto

J. of Physics: Condensed Matter 16 （ - ） S5689-S5692 2004年11月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Magnetic properties of nanographite with modified zigzag edge

丸山、草部、常行、赤木、吉本、山内

J. of Physics and Chemistry of Solids 65 （ - ） 119-122 2004年03月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Indication of flat-band magnetism in theoretically designed nanographite with modified zigzag edges

K. Kusakabe, M. Maruyama, S. Tsuneyuki, K. Akagi, Y. Yoshimoto, and J. Yamauchi

JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS 272-276 （ - ） e737 - e738 2004年

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

計算機から導く物理の教材

真貝寿明、山内 淳

日本物理学会誌 （日本物理学会）  58 （ 9 ） 694-697 2003年09月

研究論文（学術雑誌）, 共著

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計算物理学の教科書レヴュー。
新著紹介小特集「物理入門書の紹介」の第２回目として掲載。

First-principles study on indium atoms in silicon

山内 淳、青木伸俊

Proceedings of the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors （ICPS committee）     H45 2003年

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

First principles study of isotope effect in hydrogen-bonded K3H(SO4)2:II -- Zero-point oscillation effect

Y. Suwa, J. Yamauchi, H. Kageshima and S. Tsuneyuki

Materials Sciences and Engineering B79 （ 2 ） 98-112 2001年01月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

First principles study of isotope effect in hydrogen-bonded K3H(SO4)2:I -- stable structures

山内 淳

Materials Sciences and Engineering B79 （ 1 ） 31-44 2001年01月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Vibrational properties of two boron atoms in silicon

山内 淳、青木　伸俊、水島一郎

Physical Review B （The American Physical Society）  63 （ - ） 073202 2001年

研究論文（学術雑誌）, 単著, 査読有り

First-principles study on resonant vibrational modes of defects in Si

山内 淳、青木　伸俊

Proceedings of the 25th International Confernece on the Physics of Semiconductors （ICPS committee）  2   1395-1396 2001年

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

Dynamical Properties of Impurity Clusters in Silicon

YAMAUCHI JUN, AOKI NOBUTOSHI, MIZUSHIMA ICHIRO

phys. stat. sol.(b) 210 （ - ） 273-276 1998年12月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Ultra high dose boron ion implantation: super-saturation of boron and its application

MIZUSHIMA ICHIRO, Atsushi Murakoshi, Kyoichi Suguro, Nobutoshi Aoki, Jun Yamauchi

Materials Chemistry and Physics （Elsevier）  54 （ - ） 54-59 1998年07月

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First-principles study on B12 clusters in Si

山内 淳、青木　伸俊、水島一郎

Physical Review B （The American Physical Society）  55 （ 16 ） R10245-10248 1997年04月

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First-principles study on energetics of c-BN(001) reconstructed surface

Jun Yamauchi, Masaru Tsukada, Satoshi Watanabe, Osamu Sugino

Physical Review B （The American Physical Society）  54 （ 8 ） 5586-5603 1996年08月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Scanning tunneling microscopy image of transition-metal-dichalcogenide surfaces

Katsuyoshi Kobayashi, Jun Yamauchi

Surface Science （Elsevier）  357-358   317-321 1996年06月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

First-principles study on B12 icosahedral clusters in silicon

Nobutoshi Aoki, Jun Yamauchi, Ichiro Mizushima

Proceedings of the 23rd International Confernece on the Physics of Semiconductors （ICPS committee）     2629-2632 1996年

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

First-principles study on energetics of c-BN(001) reconstructed surface

Jun Yamauchi, Masaru Tsukada, Satoshi Watanabe, Osamu Sugino

Surface Science （Elsevier）  341   L1037-L1041 1995年11月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Electronic structure of an atomic wire on a hydrogen-terminated Si(111) surfaces: First-principles study

Satoshi Watanabe, Yoshimasa A. Ono, Tomihiro Hashizume, Yauso Wada, Jun Yamauchi, Masaru Tsukada

Physical Review B （The American Physical Society）  52 （ 15 ） 10768-10771 1995年10月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Electronic structure and scanning-tunneling-microscopy image of molybdenum dichalcogenide surfaces

Katsuyoshi Kobayashi, Jun Yamauchi

Physical Review B （The American Physical Society）  51 （ 23 ） 17085-17095 1995年06月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

First-principles study on electronic structure of the (001) surface of SrTiO$_3$

Shigenobu Kimura, Jun Yamauchi, Masaru Tsukada

Physical Review B （The American Physical Society）  51 （ 16 ） 11049-11054 1995年04月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Theoretical study of dissociative adsorption of Cl$_2$ on the Al surface

Kunihiro Mitsutake, Jun Yamauchi, Akira Sakai, Masaru Tsukada

Surface Science （Elsevier）  324   106-112 1995年02月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

First-principles study on c-BN(001) reconstructed surfaces

YAMAUCHI JUN, Masaru Tsukada

Proceedings of the 22nd International Conference on the Physics of Semiconductors （ICPS committee）     509 1995年

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

Ab initio study of Si(001) $2times 1$/C chemisorption surface

Jun Yamauchi, Katsuyoshi Kobayashi, Masaru Tsukada

Surface Science （Elsevier）  306   42-51 1994年04月

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Structure and electronic states of the Si(001) $2times1$/C surface by first-principles molecular dynamics calculations

Jun Yamauchi, Masaru Tsukada

Applied Surface Science （Elsevier）  75   58-63 1994年01月

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第一原理的分子動力学法の現状と展望

塚田　捷、山内 淳

別冊・数理科学「シミュレーション」 （東京・（株）サイエンス社）     95-103 1993年04月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り