近接場多光子励起TOF表面質量分析法による材料表面のナノキャラクタリゼーション

使用近场多光子激发 TOF 表面质谱法对材料表面进行纳米表征

• 批准号: 12450338
• 负责人: 岡崎 敏
• 金额: $ 9.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12450338/
• 关键词: 近接場多光子励起TOF表面質量分析法; 表面ナノ局所領域の化学組成分析; 材料表面のナノキャラクタリゼーション; 表面元素分布の二次元マッピング; 波長可変フェムト秒パルスレーザ; 金属シリサイド表面の元素分析; 高分子薄膜表面の元素分析

各種材料表面のナノレベル局所場での化学組成の解析は,金属・電極,有機薄膜,半導体,触媒,セラミックス材料などの物性や機能発現機構を解明し,さらに高度な新規機能材料を創製するためのブレークスルーをもたらすとの観点から本研究を推進してきた。本年度は,近接場励起TOF表面質量分析法に関する基礎検討を重点課題として研究を遂行した。まず,ピコ秒パルスレーザをSTM/TOF質量分析装置の励起光源として用いて、多光子励起法による表面原子・分子の脱離・イオン化効率及び空間分解能などについて基礎検討を行った。試料として、金やパラジウムを蒸着したシリコンを用い、その表面をSTMで観察した後,分析目的位置にSTM探針を合わせて,ピコ秒パルスレーザ(波長266nm)を水平方向からSTM探針の先端部に照射するのと同期してTOF質量分析を行った結果,約2〜5nm径の極微小領域の質量分析が可能なことを明らかにした。STM探針に印加するパルス電圧及びレーザ強度と空間分解能の関係について検討した結果,励起レーザ光の広がり(約50μm径)に対して,TOF分析範囲は極めて微小領域(2nm)であることがわかった。これは、STM探針先端部に発生した近接場光が極微励起源として作用し、また多光子励起効果も相乗して、探針先端直下の表面原子の脱離・イオン化が増強されたことによるものと考えられる。特に本法では,質量分析の前後において,見事に一致したSTM像を観測することができ,分析部位を正確に知ることができるのも大きな特色である。さらに,本年度導入した波長可変型フェムト秒パルスレーザ励起光源を用いるTOF質量分析法について基礎検討を行った。しかし、この光源が長波長(750〜800nm)であるため,近接場顕微鏡用ナノピペット型光学探針への導入が難しく,現在,高調波発生器の開発と光チョッパーについて検討している。

The analysis of chemical composition of various materials in the field of surface chemistry, metal, electrode, organic film, semiconductor, catalyst, organic materials, physical properties and function development mechanism, and the creation of highly novel functional materials are being carried out. This year, we will carry out research on the basic topics related to TOF surface quality analysis under near field excitation. The excitation light source of STM/TOF mass analyzer is used in the field of multiphoton excitation, and the separation efficiency of surface atoms and molecules and the spatial decomposition energy are discussed in the field of basic analysis. The sample was evaporated and the surface of the sample was observed by STM. The STM probe was combined at the target position of analysis. The STM probe was irradiated horizontally at the tip of the STM probe (wavelength 266nm). The simultaneous TOF mass analysis results showed that the mass analysis of small areas of dust with a diameter of about 2 ~ 5nm was possible. The STM probe has a high voltage and high spatial resolution. The results show that the excitation wavelength (about 50μm diameter) is very small, and the TOF analysis range is very small (2 nm). The tip of STM probe is generated by the near-contact field, the micro-particle excitation is generated by the multi-photon excitation, and the surface atom is separated from the probe tip by the micro-particle excitation. In particular, this method is consistent with STM image measurement before and after mass analysis, and the analysis site is correct. In addition, this year, the introduction of wavelength-variable light sources for TOF mass spectrometry for basic analysis. It is difficult to introduce the long wavelength (750 ~ 800nm) of the light source into the near-field micro-mirror optical probe. Now, the development of the high-frequency wave generator and the optical probe are discussed.