登壇者：

サイモン・エリオット、研究リーダー、Schrödinger

要旨：

本稿では、成膜およびエッチングプロセスを理解、制御、改善するためのさまざまな計算手法を紹介する。研究課題や利用可能な時間に応じて、適切な手法を選択することに重点を置いている。これらの計算手法は、触媒反応やセンシングなど、他の気体-表面プロセスに関する調査にも応用できる。固体表面を気体試薬で処理する際、異なる化学反応が競合することがあり、その結果は温度や圧力などの条件によって決定される。 例えば、温度が上昇すると、自己制限型堆積（ALD）から連続堆積（CVD）へと移行する場合がある。あるいは、温度によって堆積される材料が決まることもある。ここで紹介する事例では、75°Cでの実験ではRuO₄＋H₂から酸化ルテニウム膜が堆積されるのに対し、100°C以上ではRu金属が得られる。 Ruは、エレクトロニクス分野における電気めっきのシード層、コンデンサ電極、および不均一系触媒として研究が進められているが、これらすべての用途において、酸化物ではなく金属が必要とされる。我々は、密度汎関数理論（DFT ）に基づく熱力学が、考えられる表面・ガス間プロセスを区別するための計算効率に優れたアプローチであることを示す。異なる化学反応間の移行が起こる温度と圧力は推定可能であり、その精度はエントロピー、被覆率、および拡散の取り扱い方に依存する。 本研究では、DFT を用いて、H₂およびRuO₄試薬に対するRu金属、水素化物、水酸化物、酸化物の安定条件を検証し、100°Cをわずかに下回る温度での酸化物から金属膜への相転移を説明する。また、各精度レベルがもたらす利点と、それにかかるコスト（研究者の時間および計算時間）とのバランスをどのように取るべきかについて指摘する。 講演の第2部では、Schrödinger の新たな機能である「マイクロキネティック・モデリング」を紹介する。これは、構成要素となる基本反応ステップの連成反応速度式を解くことで、気体-表面化学反応の全体的な反応速度論を解析するものである。これにより、実験的に測定可能であり、流体力学シミュレーションの入力として使用できる付着係数などの巨視的パラメータのシミュレーションが可能となる。まず、DFT を用いて基本反応ステップとその活性化自由エネルギーが計算された計算スキームの概要を説明する。 その結果得られたアルミナALDのマイクロキネティックモデルは、温度および圧力の関数として測定可能な量（例えば成長速度）を導出し、これらは実験結果と照合して検証されている。圧力による変動を考慮することで、高アスペクト比の微細構造における浸透深度やコンフォーマリティを説明することができる。したがって、本講演で論じる2つの事例は、化学プロセスを制御するための条件やパラメータを正確かつ実現可能な形で予測するために、原子スケールのDFT を、より高次の計算スキームにどのように組み込むことができるかを示している。