超薄膜形成過程の走査型トンネル顕微鏡による研究

点击翻译按钮获取中文摘要

表面粗さの小さくて均一な金属薄膜を作成するための最適な薄膜作成方法を確立するため、成長核密度、核及び微粒子のコアレッセンス、表面原子の拡散、基板と蒸着金属との相互作用など、薄膜形成の初期過程に関する解析を、走査型トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope:STM)を用いて行った。膜成長過程は、基板と粒子の相互作用、粒子間の相互作用に依存するのみならず、基板に入射する粒子自身の性質にも大きく依存すると考えられるので、本研究では、以下の三種類の薄膜作成方法を用いた。第一は通常の真空熱蒸着法であり、第二はレ-ザ-照射による蒸発法である。第三の方法は、電気化学反応による電析である。真空熱蒸着による黒鉛上の金薄膜成長の過程の観察では次のことが明かとなった。最初ランダムに分布した直径約2nmの帽子状の成長核が形成され、そこを核として直径約5nm以上の球形の微粒子が成長する。その微粒子がコアレッセンスしながらアイランドを形成し、時間とともにそのアイランドが成長し膜が形成される。レ-ザ-蒸着では、成長核生成確率は熱蒸着に比べて約4桁程高いことが示された。レ-ザ-蒸発粒子からの発光を時間及び空間分解して測定した結果、レ-ザ-蒸発粒子は1eV以上のエネルギ-をもって放出されることがわかった。このことが高い蒸着確率を与えていると考えられる。電気化学反応による電析過程を良く制御された薄膜成長に応用することを目指し、電析過程を液体中でその場観察し、微粒子の成長及び微粒子間のコアレッセンスの時間変化を観察できた。本研究により、平坦な金属薄膜を作成するためには、二次元単層膜成長様式に近い条件を選択すること、即ち、基板と薄膜原子間相互作用がある程度強いこと、成長核の数密度が高いこと、成長粒子間のコアレッセンスが容易に起こることが重要であることが明らかになった。