酸化シリコン超薄膜/シリコン界面での単一界面トラップ準位のAFMによる実空間観察

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超高真空原子間力顕微鏡(AFM)の検出感度を向上させるための改良を行い、さらに表面ポテンシャル測定の機能を取り付け、絶縁体を含む表面の原子構造観察と同時に表面ポテンシャル分布を観察し、表面あるいは界面に局在した構造(例えば、界面トラップ準位など)に起因したポテンシャル分布を実測できるシステムを開発した。この方法により、基板となるSi(111)7x7表面上でのポテンシャル分布測定を観察し、そのステップ近傍ではポテンシャルがテラス部分に比べて高くなっていることを見出した。ステップでのポテンシャル測定に関しては、これまで主として金属表面上にて行われて議論されており、いわゆるSmolkowskiモデルによる双極子モーメント形成によりポテンシャルが低くなることが定説とされ、実験でも観察されていた。Si(111)7x7など半導体表面上での議論や実測はこれまで行われておらず、今回の実験結果はこれまでの金属表面上での常識とは異なる点を示した点で興味深い。ステップ近傍での原子構造の再構成がポテンシャルを変化されていることが予想されることから、この点に関する理論的考察を現在進めている段階である。また、原子スケールでのポテンシャル分布には一必ずしも統一した解釈がある訳ではなく、その意味でAFMによるポテンシャル測定方法自体が表面ポテンシャルの何を測定しているのかに関して、エネルギー散逸値など他の測定値との関連から検討を進めている。シリコン酸化膜界面でのポテンシャル分布測定に関しても、現在研究を進めており予備的結果を得ている。