半導体表面におけるナノ構造形成過程の原子レベルでの解明

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本年度も引き続き2つの実験を行った。(1)Si(111)-7x7表面へのタリウム原子(Tl)の吸着後の加熱により,2x1および1x1周期の輝点の配列を走査トンネル顕微鏡(STM)により見出した。今回の加熱温度では,Tl原子は脱離するので,2x1および1x1周期ともに,清浄なSi表面のナノ構造であった。(2)Si(111)-7x7表面へのマンガン原子(Mn)の吸着により,原子レベルで平滑なMnSiの超薄膜が表面全体に形成する条件をSTM観察で見出した。超薄膜MnBiのSi(111)上での反応性結晶成長様式について,新たな知見をSTM像の解析から得た。すなわち,B20型MnSiは4重層(4種類の異なる原子層:QLと表示)が,成長の単位となり層状成長するが,Si(111)基板に接した最初の1QLはSTMで観察されず,常に一番薄い膜厚は2QLであった。このような報告例はこれまでになく,新たな成長様式と考えられる。これらの成果は,Appl.Phys.Lett.93(2008)013104に出版された。MnSi成長のモンテカルロシミュレーションを行い,STM像を再現することができた。この結果は,e-J.Suf.Sci.Nanotech.6(2008)276に出版された。さらに,STM観察により,なぜ3MLのMn吸着の場合に平滑なMnSi超薄膜形成が形成したのかが明らかとなった。結論的にいえば,MnSiがSi(111)-7x7上に吸着し加熱によりSiと反応しながらMnSiを形成する場合のMnとSi原子のマスバランスのために,常に不足しているSi原子の供給がキーポイントであることを見出した。これらの結果は,現在,Phys.Rev.Bに本論文として投稿中である。