Si酸化膜表面におけるポテンシャル分布のnc-AFMによるナノスケール測定

使用 nc-AFM 纳米级测量硅氧化膜表面的电位分布

• 批准号: 14750225
• 负责人: 江口 豊明
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750225/
• 关键词: 非接触型原子間力顕微鏡; 接触電位差法; ポテンシャル分布; 空間分解能; エネルギー分解能; 原子分解能; 長距離力; 短距離力; 単一化学結合力検出

本研究では、非接触型原子間力顕微鏡(nd-AFM)に接触電位差法(CPD)の機能を付加することで、表面の局所領域におけるポテンシャル分布を原子一個の分解能で検出し、その構造と直接対応させつつ、定量的に評価することを目的とした。nc-AFM(P測定において、探針-試料間に直流成分に交流成分を重畳した電圧を印加すると検出される力の勾配に変調が生じるが、加える直流電圧が両電極間の接触電位差(CPD)に等しい場合には変調成分は現れない。そこで、この変調成分をロック・イン検出し、その値がゼロになるようにバイアス電圧の直流成分をフィードバック制御しつつ、試料表面上を走査すれば、直流電圧の変化からCPDの二次元分布を得ることができる。この原理に基づくCPD測定機構を作製し、平成14年度に改良を行ったnc-AFMシステムに組み込む事を行った。作製したnc-AFM/CPDシステムを用いて、表面の局所領域における構造評価とポテンシャル分布測定を行い、その空間分解能・エネルギー分解能を評価した。測定対象としてGe/Si(105)-1×2表面を用いた。まず、本表面の高分解能AFM観察を行い、従来STMを用いても観察困難であった最表面の原子配列を直接画像化するに成功した。さらに、これと同時にCPDを用いて本表面におけるポテンシャルの二次元分布を測定し、本構造の重要な安定化機構が電荷の再分布を直接確認することに成功した。これにより我々の作製したAFM/CPDシステムが、原子オーダー(<1nm)の空間分解能かつ約10meVのエネルギー分解能を有することが示された。

In this study, the function of contact-potential difference method (CPD) in non-contact atomic force microscopy (nd-AFM) was studied. The distribution of atomic decomposition energy in the field of surface structure was detected, and the structure was directly related to the detection and quantitative evaluation. nc-AFM(P measurement, probe-sample DC component, AC component, voltage component, voltage component, force component, voltage component, contact potential difference (CPD), etc.) The DC component of the DC voltage is controlled by the DC voltage. The surface of the sample is investigated. The DC voltage is transformed into CPD. This principle is based on CPD measurement mechanism. In 2014, we improved the nc-AFM system. The structure evaluation of the surface area and the spatial decomposition energy evaluation of the surface area are carried out. The measurement of Ge/Si(105)-1 ° 2 surface is carried out. The high resolution AFM of the surface was successfully used to detect the atomic alignment of the surface. The second dimensional distribution of the charge on the surface of the structure was determined by CPD. The second dimensional distribution of the charge on the surface of the structure was confirmed by CPD. For this reason, the AFM/CPD system has a spatial resolution energy of about 10meV for atoms (<1nm) and a spatial resolution energy of about 10meV.

项目成果

Toyoaki Eguchi: "High Resolution Atomic Force Microscopic Imaging of the Si(111)-(7x7) Surface : Contribution of Short-Range Force to the Images"Physical Review Letters. 89・26. 266105-1-266105-4 (2002)

Toyoaki Eguchi：“Si(111)-(7x7) 表面的高分辨率原子力显微成像：短程力对图像的贡献”物理评论快报 89・26 (2002)。

Yukio Hasegawa: "Calculation of Noise Intensity in the Frequency Demodulation for Atomic Force Microscopy"Japanese Journal of Applied Physics. 43・2B. L303-L305 (2004)

长谷川由纪夫：“原子力显微镜频率解调中的噪声强度计算”日本应用物理学杂志43・2B（2004）。