表面ホール電位分布計測による電子材料内部埋没構造のナノレベル透視技術の開発

次世代の高性能電子デバイスを実現するためには、そこで用いられる各種電子材料の高性能化を実現する産業技術の確立、特に、電子材料内部の微視的な構造や電子状態を計測・評価できる技術の確立が求められる。そこで、電子材料の水平面内で直交する方向に電流と磁場を印加した際に、ホール効果によって現れる表面ホール電位分布をナノスケールの空間分解能で測定できる装置の開発を目指している。既に、電位検出機構にケルビン法を用いた基礎実験装置により、表面ホール電位の存在やその基礎特性の抽出を終えており、外部発表を行っている(2006年度:原著論文1件、国際会議発表2件、特許出願1件)。本年度は、非接触原子間力顕微鏡(非接触AFM)の原理を表面ホール電位分布観察に応用した、新規の顕微鏡ステージの設計を行った。顕微鏡ステージが満たすべき仕様として、(1)非磁性体材料により構成されていること、(2)試料面内に電流印加ができること、(3)試料面内で電流印加と直交する方向に永久磁石の挿入が可能であること、(4)非接触AFM観察が可能であることを考慮し、製作を行った。また、計測に必要な制御回路系を整備した。次に、準備した顕微鏡システムの性能を評価するために、イオンビーム加工により表面に微細パターンを形成した半導体表面の非接触AFM観察を行った。これにより、本装置に採用している微動用ピエゾ素子の変位量較正を行った。さらに、電流印加や磁場印加時の半導体表面における非接触AFM観察を行い、高空間分解能での表面ホール電位分布観察を行うにあたって必要となる技術的・学問的な知見を得た。

次世代の高性能電子デバイスを実現するためには、そこで用いられる各種電子材料の高性能化を実現する産業技術の確立、特に、電子材料内部の微視的な構造や電子状態を計測・評価できる技術の確立が求められる。そこで、電子材料の水平面内で直交する方向に電流と磁場を印加した際に、ホール効果によって現れる表面ホール電位分布をナノスケールの空間分解能で測定できる装置の開発を目指している。既に、電位検出機構にケルビン法を用いた基礎実験装置により、表面ホール電位の存在やその基礎特性の抽出を終えており、外部発表を行っている(2006年度:原著論文1件、国際会議発表2件、特許出願1件)。本年度は、非接触原子間力顕微鏡(非接触AFM)の原理を表面ホール電位分布観察に応用した、新規の顕微鏡ステージの設計を行った。顕微鏡ステージが満たすべき仕様として、(1)非磁性体材料により構成されていること、(2)試料面内に電流印加ができること、(3)試料面内で電流印加と直交する方向に永久磁石の挿入が可能であること、(4)非接触AFM観察が可能であることを考慮し、製作を行った。また、計測に必要な制御回路系を整備した。次に、準備した顕微鏡システムの性能を評価するために、イオンビーム加工により表面に微細パターンを形成した半導体表面の非接触AFM観察を行った。これにより、本装置に採用している微動用ピエゾ素子の変位量較正を行った。さらに、電流印加や磁場印加時の半導体表面における非接触AFM観察を行い、高空間分解能での表面ホール電位分布観察を行うにあたって必要となる技術的・学問的な知見を得た。