FI‐STMによる半導体ー金属界面の微視的研究

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本研究の目的は、電界イオン‐走査トンネル顕微鏡(FI‐STM)を用いて、半導体ー金属界面について原子構造を観察する(STM)と共に、個々の原子における電子状態を測定し(走査トンネル分光法:STS)、次の3つのテ-マを追求しようとするものである。本研究により以下の知見を得た。Si(111)7×7ーLi/K/Cs,Si(100)2×1ーLi/K/CsのSTM観察を行ない、吸着位置を同定し、また、特にカリウムの吸着構造における電子状態をSTSにより詳しく調べ、これまでSTM像の解釈により提案していた電子状態を直接サポ-トする結果が得られた。まに、Si(111)‐3x1Na表面のSTM/STS観察を行い、(1)この表面が、バルクタ-ミネ-トとしたSi(111)1x1上にNaが2/3層吸着した殆ど欠陥のないアルカリ金属吸着層を形成し、(2)表面のダングリングボンドをアルカリ金属が満たすことにより酸素等の吸着に対して非常に不活性になり、また、(3)アルカリ金属吸着に関する一般的理論に反して半導体的なSTS特性を示すこと等が明らかになり、Si(111)‐3x1Na表面が他のシリコン-アルカリ金属吸着系とは全く異なる性質を示すことが発見された。BEEM(Ballistic electron emission microscopy)は、STMから派生した、半導体ー金属界面観察の重要で直接的な方法である。これは、通常2端子のSTMに、半導体上の金属薄膜を通過してくる電子(Ballistic electron)電流を測定する第三端子を加えたもので、ショットキ-障壁高さ(SBH)に関する高分解能(〜10A^^0)の二次元マッピングを与える手法である。BEEMをSBHが既知のA型、B型NiSi_2/Si(111)界面に応用したところ、A型又はB型だけの界面におけるBEEMはそれぞれのSBHを再現するのに対し、約100〜200A^^0のAB両ドメインが混在する界面では電圧がスクリ-ニングされてユニフォ-ムなSBHが観測されることが明らかになった。