非接触原子間力顕微鏡を用いた絶縁体/半導体界面電荷捕獲現象の原子レベル観察

使用非接触原子力显微镜对绝缘体/半导体界面处的电荷捕获现象进行原子级观察

• 批准号: 17710100
• 负责人: 清野 宜秀
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17710100/
• 关键词: 走査プローブ顕微鏡; 原子間力顕微鏡; 絶縁体; 半導体; 絶縁体表面; 半導体界面; 電荷捕獲現象; 静電気力; 原子種識別

微視的デバイス特性の原子スケール評価法の一つとして、非接触原子間力顕微鏡(NC-AFM)を用いた測定手法の確立を目指すことが本研究の目的である。NC-AFMは絶縁体表面においても真の原子分解能観察が達成されており、さらに半導体表面において多原子種の識別・操作に成功しており、原子スケールにおける構造評価、操作組立ツールとして有用な顕微鏡であるといえる。本研究では特に絶縁体/半導体界面特有な電荷捕獲現象をNC-AFMを用いた原子スケール静電気力観察を行うことにより、原子レベルでの電荷マッピングについて調べることを主眼に置いている。本研究を遂行する上で、現有のNC-AFM測定装置に静電気力測定回路系を付加する形で、現有の測定回路系の最適化を行った。また、絶縁体/半導体界面特有な電荷捕獲現象に関する標準試料としてCaF_2/Si(111)、SrF_2/Si(111)、並びに(Ca,Sr)F_2/Si(111)混晶系を選び、その試料作成条件の確立を図り、原子レベル電荷マッピングの基礎実験を行った。1原子層以下のSi(111)上CaF_2及びSrF_2薄膜表面では、特にSrF_2表面において界面の格子不整に伴う、バルクとは異なる表面構造をNC-AFM凹凸像で初めて確認した。2原子層以上のCaF_2及びSrF_2薄膜表面では、ともにバルク表面と同様な(1x1)構造が観察されたが、界面電荷の影響と推測される長周期的な電荷揺らぎの影響がNC-AFM凹凸像で確認された。一方、(Ca,Sr)F_2混晶薄膜表面では、CaイオンとSrイオンのイオン種の違いをNC-AFM凹凸像のコントラストの差として原子分解能識別に成功した。そのコントラストの差は、界面電荷による長周期的な電荷揺らぎの影響以上の相互作用力と見積もられ、近距離的静電気力相互作用の差が、絶縁体混在表面における原子種識別に利用できることを実験的に示したものと推測できる。

Micro visual デ バ イ ス features の atomic ス ケ ー ル a evaluation method of 価 の つ と し て, non-contact interatomic force 顕 micro mirror (NC - AFM) を with い た determination technique の establish を refers す こ と が の purpose this study で あ る. NC - AFM は never try body surface に お い て も true の atomic decomposition can reach さ 観 examine が れ て お り, さ ら に semiconductor surface に お い て polyatomic identified the の · に operation successful し て お り, atomic ス ケ ー ル に お け review 価 る structure, operating group ツ ー ル と し て useful な 顕 micromirror で あ る と い え る. This study で は, に never try body/semiconductor interface characteristic phenomenon of な charge capture is を NC - AFM を い た atomic ス ケ ー ル line electrostatic force 気 観 examine を う こ と に よ り, atomic レ ベ ル で の charge マ ッ ピ ン グ に つ い て adjustable べ る こ と を eye に buy い て い る. を carries out this study す る で, existing の NC - on the AFM measurement device に electrostatic 気 measurement circuit is を plus す る で, existing の measurement circuit is の line optimization を っ た. ま た, never try/semiconductor interface characteristic な charge capture phenomenon に masato す る standard sample と し て CaF_2 / Si (111), SrF_2 / Si (111), and び に (Ca, Sr) F_2 / Si (111) mixed crystal system を び, そ の sample made conditions の establish を 図 り, atomic レ ベ ル charge マ ッ ピ ン グ の basis be 験 Youdaoplaceholder0 lines った. の Si (111) atomic layer under 1 CaF_2 and び SrF_2 membrane surface で は, に SrF_2 surface に お い て の grid interface is not the whole に う, バ ル ク と は different な る tectonic を NC - AFM is concave and convex surface like で め て confirm し た. Above 2 atomic layer の CaF_2 and び SrF_2 membrane surface で は, と も に バ ル と ク surface with others な (1 x1) tectonic が 観 examine さ れ た が, interface charge の と speculation さ れ る long-period な charge 揺 ら ぎ の influence が NC - AFM is concave and convex like で confirm さ れ た. Side, (Ca, Sr) F_2 mixed crystal thin film surface で は, Ca イ オ ン と Sr イ オ ン の イ オ ン kind の violations い を NC - AFM is concave and convex like の コ ン ト ラ ス ト の poor と し て atomic decomposition can identify に successful し た. そ の コ ン ト ラ ス ト の は, interface charge に よ る long-period な charge 揺 ら ぎ の interactions affect the above の と see product も ら れ 気 force, close the electrostatic interaction の poor が, never try to mix in the surface に お け る atomic identification of に using で き る こ と を be 験 に し in た も の と speculation で き る.

项目成果

原子間力顕微鏡によるSiとGe表面での原子操作

使用原子力显微镜对 Si 和 Ge 表面进行原子操纵

• 发表时间: 2005
• 期刊: 表面科学 第26巻 第6号
• 作者: Nakasone;Y.;Eitoku;T.;Zikihara;K.;Matsuoka;D.;Tokutomi;S.;Terazima;M.;森田清三
• 通讯作者: 森田清三

NC-AFM study of atomic manipulation on insulator surface by nanoindentation

纳米压痕对绝缘子表面原子操控的NC-AFM研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: Nanotechnology Vol.17
• 作者: Kikis;E.A.;et al.;Ryuji Nishi
• 通讯作者: Ryuji Nishi

Non-contact atomic force microscopy study of atomic manipulation on insulator surface by nanoindentation

纳米压痕对绝缘体表面原子操控的非接触原子力显微镜研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: Nanotechnology vol.17
• 作者: Ryuji;Nishi;Daisuke;Miyagawa;Yoshihide;Seino;Insook;Yi;Seize;Morita
• 通讯作者: Morita

Atomically Resolved Imaging of Epitaxial CaF_2 on Si (111) Using Noncontact Atomic Force Microscope

使用非接触原子力显微镜对 Si (111) 上外延 CaF_2 进行原子分辨成像

• 发表时间: 2005
• 期刊: Mater.Res.Soc.Symp.Proc.in Scanning-Probe and Other Novel Microscopies of Local Phenomena in Nanostructured Materials 838E
• 作者: Y.A.Kim;T.Hayashi;M.Endo;Y.kaburagi;T.Tsukada;J.Shan;K.Osato;S.Tsuruoka;R Nishi;Ryuji Nishi;Yoshihide Seino
• 通讯作者: Yoshihide Seino