STMを用いた原子・分子マニピュレ-タ-の開発

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【A.基礎プロセスの開発】低真空領域におけるナノプロセシング開発の具体的な目標としてダイヤモンドCVD過程のinーsitu観察とその制御を設定し、その基盤となるプロセスの開発を行った。<(i)プロセシング装置の開発>___ー熱フィラメント法によるCVD過程をinーsituに観察するため、雰囲気の制御、高温でのSTM観察が可能な装置の設計・試作を行った。この装置は10^<ー7>Torr台まで排気可能であり、トンネル電子銃系、反応ガス導入系、基板加熱系、フィラメント系などを備えている。<(ii)基板・プロ-ブの作成>___ーガス雰囲気中で観察可能なダイヤモンド堆積用基板作成について調べ、現在SiC粉末により研摩を行った基板については大気中でのSTM観察を行うことができている。またプロ-ブについてはナノオ-ダ-でのプロセシングに使用可能な曲率20nm程度のPtーIr、Wプロ-ブを安定に作成することが可能となっている。<(iii)人工的結晶成長サイトの作製>___ー人工的な結晶成長サイト作成のためにはナノオ-ダ-での微細加工技術が必要であり、トンネル電子線を利用した微細加工法について調べた。Siについてはまだ微細加工が確認できていないが、HOPGグラファイトについては1nm以下の微細構造を作成できており、高温酸化物超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2Ox薄膜では表面層を1分子ユニットずつ剥離させる層状エッチングにも成功している。また加工した微細構造に金のクラスタ-がトラップされるのを観察し、人工的な核生成サイト作成によるナノ構造制御の可能性を示した。【B.CVD過程のinーsitu観察】ダイヤモンドCVD過程のinーsitu観察及びその制御の第一歩としてCVD過程のSTM観察に着手した。CH_4ーーH_2(2%)、圧力50Torr、基板温度室温、基板HOPGの条件で熱フィラメントCVDを行い、HOPGのステップに沿って堆積が起こる様子を観察した。まだ、原子サイズの分解能を持つ像は得られていないが、CVD過程をナノメ-タ-サイズでinーsituに観察することに初めて成功した。ESCAなどによる分析では堆積物はWCであると推定され、まだカ-ボン系のCVDにはなっていないが、今後ダイヤモンドが堆積する条件も含めてプロセシングの改良を進めていく予定である。