STM複合TOF表面ナノ質量分析装置の開発及び材料機能評価への応用に関する研究

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本研究は材料表面ナノスケール局所場のナノキャラクタリゼーション法の確立を目的として、飛行時間型(TOF : time of flight)質量分析法を用いて、STM複合TOF表面ナノ局所質量分析装置を新規開発し、材料表面のナノレベルでの化学組成分析を行い、多種多様の先端材料の総合的機能評価への応用を図るものである。今年度は、照射光とSTM探針電子励起線源の相互作用について、検討を行った.UV光を照射することにより、STM探針の電子励起線が増強されることが確認された.この現象は熱的な影響あるいは機械的な影響ではないことが明らかとなり、照射光とSTM探針の相互作用はナノサイズのキャパシターの存在によると結論づけた。次にレーザ入射方向と探針の角度を45度から90度まで変えて、レーザ照射角度と励起源の発生について検討を行った結果、レーザを探針に垂直照射(試料表面に平行に照射)した場合、パルスレーザだけの励起でも脱離・イオン化が確認された。これは、電子励起線源の寄与がなく、レーザ光の照射により、探針先端でのプラズモンの発生、電場の局在化などの効果によるものと考えられる.STM金属探針によるレーザ光の集光(5nm〜20nm)を可能にし、ナノフォーカスSTM探針励起線源を実現できた。このナノフォーカス励起源をTOF-MS表面分析やナノ加工に利用することも可能である。STM探針の近接場効果によるアゾベンゼンのシストランス遷移について研究を行った。光照射により、STM探針直下の局所領域(50nm)におけるアゾベンゼンの遷移が確認された.これにより、STM探針近接場効果の有効性とナノフォーカス励起源への利用の可能性が示唆された。Montecarlo解析法を用いて、金属探針の近接場シミュレーションを行い、探針による増強効果を確認した.これを用いて、レーザ照射による金属探針の近接場増強効果を用いたナノ局在領域の質量分析装置を完成させた.この装置を応用して、Si表面のPdによるパラジュウムシリサイトの形成過程について、解析を行った。さらに、試料表面の元素分布や表面物性情報のナノレベルの分解能での二次元測定の可能性が示唆された。以上の研究成果により、STM複合TOFナノ表面質量分析装置を用いて、STMによる試料表面のナノ構造観察と対比させながら、in situでTOF質量分析を行い、ナノレベルの超高分解能で材料表面の元素分布情報の獲得が可能であることを明らかにした。