A-P/FEESによるGe/Si表面・界面の組成変化および電子状態の微視的研究

利用 A-P/FEES 显微研究 Ge/Si 表面和界面的成分变化和电子态

基本信息

批准号：
06750032
负责人：
芦野慎
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Kanazawa Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、アトムプローブ(Atom・Probe:A-P)と電界放射電子分光法(Field Emission Energy Spectroscopy:FEES)との複合装置(A-P/FEES)を用いて、Ge/Si半導体ヘテロ界面の構造、組成分布、および、電子状態を調べることを計画した。A-P/FEESでは、先端が非常に鋭く尖った針状試料(Tip)の先端表面の構造と組成、および、電子状態を原子的分解能で連続的に調べることが出来るため、Ge/Si系について他の分析手段では得られない、画期的な分析結果が得られることが期待できる。本研究では、これまでの経緯から、0.5mm×0.5mm×10mmのロッド状n形Si単結晶、および、n形Ge単結晶を、それぞれ、Ta製の電極に固定して、ふっ酸と硝酸の混合液中に浸すことにより化学研磨してSi、および、Ge-tipを作製した。得られたSiとGeのTipでは、研磨中に電極が腐食されるのを避けるなどの理由から、電極からTip先端までの長さは5-7mm必要となった。Tip表面からの汚染物の除去は電極を通電加熱することにより行うが、この長さでは先端まで熱が伝わりにくく、清浄表面は容易には得られなかった。さらに、清浄表面に対してFEES測定を行ったところ、基準となる電極のフェルミ準位に対して、同じSiでもTipの形状により、数Vから数十Vの電圧降下が確認された。これは、針先の形状により内部抵抗に差違が生じ、電圧降下にばらつきがみられたためであると考えられる。化学研磨によるTipの作製方法は以前から多くの文献に見られるが、作製上困難な点が多く、今後は他の手法(例えば、近年発展めざましい、CVD法やMOCVD法など)を導入し、非常に微細なTipを再現性良く作製する必要がある。本実験では、SiやGeのTipの替わりにMoのTip先端にSiとGeの微細な構造物を形成させ、それらより得られるFEESスペクトルを比較した。その結果、どちらの場合も、1原子層目は下地のMoに対して準安定相(Metastable state)が形成されることが示されたが、2原子層以上ではSiは本来の構造を取ろうとするのに対して、Geではある程度の厚さになるまで下地の影響を受けることが明らかになった。そして、表面から得られるFEESスペクトルにおいては、Siの場合、2-3原子層で既に半導体的な性質が強まっているのに対して、Geでは6-7原子層まで金属的な性質が残ることが示された。

在这项研究中，我们计划使用原子探针（原子/探针：A-P）和田间发射能谱（费用）之间的复合装置（A-P/FEE）研究GE/SI半导体异界面的结构，组成分布和电子状态。通过A-P/费用，可以通过原子分辨率和电子状态连续检查针状样品（尖端）的尖端表面（尖端）的结构和组成，从而可以获得无法获得GE/SI系统的其他分析手段获得的突破性分析结果。在这项研究中，根据先前研究的历史，将0.5mm x 0.5mm x 10mm棒状的N型N型SI单晶和N型GE单晶固定在由TA制成的电极上，然后浸入盐酸的混合液体中，并产生盐酸和硝酸产生Si和Ge-Tip。获得的Si和Ge尖端需要从电极到尖端的长度为5-7毫米，原因是避免了抛光过程中电极被腐蚀的原因。通过通电和加热电极进行污染物从尖端表面取出，但是在此长度上，热不容易转移到尖端，并且不容易获得清洁表面。此外，当在清洁表面上测量费用时，就参考电极的费米水平（即使对于相同的Si），确认了几个V至几十V的电压下降，这是由于尖端的形状。这被认为是因为针尖的形状导致内部电阻的差异，并且电压下降存在变化。尽管在许多文献中已经看到了通过化学抛光来制造技巧的方法，但准备工作中存在许多困难，并且将来有必要引入其他方法（例如，CVD和MOCVD方法在近年来非常出色）才能产生具有可重复性的极为优质技巧的极其优质的。在此实验中，在MO尖端的尖端形成了精细的Si和GE结构，而不是Si或Ge Tips，并比较了从中获得的费用光谱。结果，结果表明，在两种情况下，在第一个原子层中形成了亚稳态，相对于基础MO，但据揭示了SI试图将原始结构分为两层或更多层，而GE则受到基础的影响，直到达到一定的厚度。在从表面获得的费用频谱中，结果表明，对于Si，半导体特性已经在2-3原子层中增加了，而在GE中，金属性能仍然保持在6-7原子层。