Atomic-scale structural analysis of nanodevices under actual working environment

实际工作环境下纳米器件的原子尺度结构分析

基本信息

批准号：
21H01814
负责人：
吉田秀人
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01814/
关键词：
ナノデバイス電子顕微鏡原子スケールその場観察

项目摘要

ナノ材料が気体中において加熱や電圧印加や電子線照射によって構造変化する過程を環境制御型透過電子顕微鏡（ETEM）で原子スケール観察すると同時に、ナノ材料の電気伝導特性を測定することを可能とするシステムの構築に取り組んだ。ナノ材料への電圧印加と電気伝導測定を可能にする電極と配線を備えたパターン基板を微細加工技術（フォトリソグラフィー、スパッタ蒸着、収束イオンビーム蒸着）を駆使して作製した。実際に、パターン基板を用いて酸化タングステンナノワイヤと白金ナノワイヤのTEM観察と電気伝導特性測定に成功した。また、酸化タングステンナノワイヤのガス中における表面構造の変化を原子スケールでETEM観察した。酸化タングステンナノワイヤの結晶構造は六方最密構造であり、側面は{010}面である。初期状態で{010}表面には厚さ約2 nmのアモルファス層が存在しており、このアモルファス層は水素、酸素ガス中で電子線を照射することで徐々に結晶化することを発見した。電子線の強度を大きくすると結晶化が速く進行した。結晶化した表面層の結晶構造はナノワイヤと同じ六方最密構造であり、ナノワイヤに対してエピタキシャル成長した。真空中に戻してTEM観察すると、ナノワイヤの表面はアモルファス層に変化した。アモルファス層が炭素のコンタミネーションであった場合、水素、酸素ガス中で電子線照射することで結晶に変化するのではなく除去されるはずである。よってアモルファス層はタングステン酸化物であると考えられる。

我们一直在构建一个系统，该系统允许使用环境控制的透射电子显微镜（ETEM）通过原子量尺度监测纳米材料，以测量由于加热，电压施用和电子束辐照而引起的纳米材料的结构变化。使用精细的处理技术（光刻，溅射沉积，融合离子束沉积）制造了具有电极和接线的图案化基板，可允许向纳米材料和电导率测量的电压施加电压和电导率测量。实际上，使用图案化的底物，我们成功地对氧化碳纳线和铂纳米线的电导率特性进行了TEM观察和测量。此外，通过ETEM在原子尺度上观察到气体中氧化剂量纳米线的表面结构的变化。钨氧化物纳米线的晶体结构是六边形的紧密连接结构，侧面为{010}。人们发现，在初始状态下{010}的表面上存在一个大约2 nm的无定形层，并且当用氢或氧气中的电子束照射时，该无定形层逐渐结晶。当电子束强度提高时，结晶迅速发展。结晶的表面层的晶体结构与纳米线相同，并且在纳米线上分别生长。当纳米线表面返回真空并通过TEM观察时，纳米线的表面转化为无定形层。如果无定形层是碳污染的，则应将其除去，而不是通过在氢或氧气中照射电子束来转化为晶体。因此，无定形层被认为是氧化钨。