シリコン/微小空隙/シリコン構造を用いたトンネル分光マイクロセンサの研究

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単結晶シリコン/シリコン酸化膜/単結晶シリコン基板を用いたシリコン/微小空隙(マイクロギャップ)/シリコン構造デバイスにより、従来のトンネル分光法が分光対象としていた固体に加えて、液体、気体材料の分光も可能にするトンネル分光マイクロセンシング法を開拓する目的に対して、マイクロセンサの微小空隙に液体を導入することにより、液体の導入を静電容量とコンダクタンスの変化で検出できることを明らかにしている。超清浄精密制御熱酸化装置を用いて、2枚の単結晶シリコンウェハ表面に100nmの厚さのシリコン酸化膜を形成し、エッチングによりシリコン酸化膜の一部を除去した後、シリコン酸化膜除去部を向かい合わせて2枚のシリコンウェハを室温で貼り合わせ、貼り合わせたウェハを超高純度窒素ガス中での1000℃の加熱処理を行い、2枚のウェハを埋め込み酸化膜となるシリコン酸化膜を介して接着させ、シリコン酸化膜除去部が微小空隙となるマイクロセンサ構造を製作している。マイクロセンサの微小空隙を通るシリコン間の距離は200nmである。シリコン/シリコン酸化膜/シリコン構造部の両方のシリコン外側表面に金属を蒸着して、電極を形成し、センシングデバイスを製作している。次に、マイクロセンサの微小空隙に超純水を導入する前の所定の印加直流電圧で所定の印加交流電圧での静電容量とコンダクタンスを測定しておき、微小空隙に超純水を導入したときに同じ印加電圧での静電容量とコンダクタンスが変化することを明らかにしている。さらに、マイクロセンサの微小空隙に超純水が導入されていることを、フーリエ変換赤外吸収測定により確認している。