光照射走査トンネル顕微鏡による半導体ナノ構造材料の特性評価

使用光照射扫描隧道显微镜表征半导体纳米结构材料

基本信息

批准号：
10J08541
负责人：
勝井秀一
金额：
$ 0.9万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,高性能デバイスに向けて研究が盛んに行われている半導体ナノ構造を局所的に評価して,更なる高性能化へのフィードバックをすることを目的として走査トンネル顕微鏡(STM)を用いており,光照射下でのSTM観測により光吸収特性を局所的に評価できるようになります.本研究ではGaAs基板上に成長したInAs細線構造の試料を用いておりますが,観測する光誘起電流(PIC)信号にGaAsの影響が現れないようにするには,我々が提案した二波長光照射STM観測を行う必要があります.STMによるスピン観測に関して,磁性体のNi探針を用いて円偏光状態の光照射下でSTM観測を行いました.右円偏光・左円偏光状態の励起光の照射によりそれぞれ生成されるスピンの向きが変化し,探針の磁化方向によって流れるSTM電流に違いが生じることが期待されますが,測定では明らかな違いは観測されませんでした.測定装置においては光を斜めからしか照射できないことが一因でSTM電流の変化が弱くなるものと考えられます.フォトンエネルギー依存性からPIC信号スペクトルを観測しますとステップ状の変化が得られ,本手法により1つのナノ構造を選択的に観測して,InAsが量子細線としてではなく量子井戸として働いていることを明らかにできました.この研究内容については,学術論文Japanese Journal of Applied Physicsにて掲載していただきました.また,試料内で形成された井戸の厚さが異なる量子井戸のPIC信号スペクトルを観測しました,ここでは,3.2nm程度の厚さの井戸のPIC信号スペクトルも観測できていると考えております.(但し,STM像は一定電流像であり,直接の形状像ではございません.)最低でも厚さが1nm以上異なるInAs準量子井戸を観測し,PIC信号スペクトルにおいてステップの生じるエネルギー位置がそれぞれ異なることを観測しました.このステップでのエネルギー位置が井戸内の量子準位に対応していると考えております.

在这项研究中，我们使用扫描隧道显微镜（STM）来局部评估半导体纳米结构，该纳米结构对高性能设备进行了积极研究，并提供了进一步改进的反馈，并且可以通过光辐射下的STM观察来局部评估光吸收特征。在这项研究中，我们使用了在GAAS底物上生长的薄INAS线结构的样品，但是为了防止GAA在观察到的光诱导的电流（PIC）信号上出现的影响，我们提出了两波光照射STM观察。关于使用STM的自旋观察，我们使用磁Ni探针在圆形极化的光照射下进行了STM观察。。通过在左右圆极化状态下辐照激发光产生的旋转方向将发生变化，探针的磁化方向将导致STM电流流动的差异，但在测量中未观察到明显的差异。在测量设备时，只能从倾斜角度照射光，这被认为使STM电流较弱。观察来自光子能量依赖性的PIC信号频谱，获得了阶梯状的变化，使用此方法，我们能够选择性地观察一种纳米结构，表明INAS可以很好地充当量子，而不是量子线。有关这项研究的信息，我们发表了一份学术论文日语。它发表在《应用物理学杂志》上。我们还观察到量子孔的PIC信号光谱，样品中形成的井的厚度不同。在这里，我们认为也可以观察到厚度约为3.2nm的井的PIC信号光谱。（但是，STM图像是恒定的电流图像，而不是直接形状的图像。）我们观察到厚度至少为1nm的Inas Quasi-Quantum井，并观察到PIC信号频谱中发生步骤的能量位置不同。我们认为，在此步骤中的能量位置对应于井中的量子水平。