レーザー光による表面原子操作

• Project/Area Number: 11222202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 金崎 順一 大阪市立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80204535)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷村 克己 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (00135328)
• Project Period (FY): 1999 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥60,000,000 (Direct Cost: ¥60,000,000); Fiscal Year 2001: ¥18,800,000 (Direct Cost: ¥18,800,000); Fiscal Year 2000: ¥20,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000); Fiscal Year 1999: ¥21,200,000 (Direct Cost: ¥21,200,000)
• Keywords: 半導体表面 / 原子分子操作 / 光誘起構造変化 / レーザー / 電子励起効果 / トンネル顕微鏡 / シリコン / インジウムリン / 原子操作 / 光誘起脱離 / 電子過程

Research Abstract

これまでSi(111)-(7x7)表面におけるレーザー誘起構造変化の研究により、光励起により生成された表面正孔の非線形局在により電子的結合切断が誘起されることが明らかにされている。本年度は、(1)表面の正孔の非線形局在が、他の半導体表面における電子的な結合切断にも一般的に成立する概念であるのかを明らかにする。(2)電子的結合切断による新表面構造相創製のための最適化な励起条件を探索する、という2つの目的で、Si(001)-(2x1)表面において発生するレーザー誘起構造変化及び脱離現象について研究を行った。
弱強度レーザー照射前後の表面におけるトンネル顕微鏡観察により、励起によって、最外層のダイマーが除去され、空格子点が生成されることが確認され、Si(001)表面においても、電子的な局所的結合切断が発生することがわかった。さらに、繰り返し励起することにより、大部分の表面ダイマーが除去され、既に報告されているような新構造相が出現した。このことより、新構造相創製に電子的結合切断が直接関与していることがわかった。次に、種々の励起条件において、空格子点生成効率及び結合切断に伴う脱離Si原子収量を測定し、電子的結合切断効率が以下の特徴を有することを明らかにした。
1)電子的結合切断効率は励起強度に対して強い非線形効果を示す
2)脱離効率は強い光子エネルギー依存性を示す。効率は、2.3eV近傍でピークを形成した後、2.6eV近傍より徐々に増大する。
実験により得られた結果は、光励起によりバックボンド表面バンドに生成された正孔の多重局在というモデルによりうまく説明できることが判明した。
以上の研究により、表面正孔の非線形局在が、半導体表面における電子的結合切断を理解するための重要かつ一般的な概念であることがわかった。さらに、電子的結合切断効率をあげて、新表面構造相を効率的に創製するためには、表面バックボンドバンドに効率的に正孔を発生させるように励起条件を最適化する事が有効であることがわかった。

Research Products

• [Publications] N.Itoh: "Laser-induced desorption from STM-selected semiconductor sites"Progress in Surface Science. 61.1. 1-19 (1999)
• [Publications] 金崎 順一: "半導体表面構造の光誘起変化と脱離"固体物理. 34巻8号. 657-668 (1999)
• [Publications] K.Tanimura: "Laser-induced electronic bond breaking and structural changes on semiconductor surfaces"SPIE. 3618. 26-36 (1999)
• [Publications] K.Tanimura: "Laser-induced electronic instability on semiconductor surfaces of Si(111)-(7x7)and InP(110)-(1x1)"Proc.of the 25th Int.Conf.on the Physics of Semiconductors. 87-87 (2001)
• [Publications] J.Kanasaki: "Laser-induced electronic desorption from InP(110)surfaces studied by femtosecond nonresonant ionization spectroscopy"Physical Review B. 64.3. 35414-35423 (2001)
• [Publications] J.Kanasaki: "Laser-induced desorption and structural changes on Si(001)-(2x1)surface"SPIE. (in print). (2002)
• [Publications] N.Itoh: "Laser-Induced Desorption from STM-Selected Semiconductor Sites"Progress in Surface Science. 61・1. 1-19 (1999)
• [Publications] 金崎順一: "半導体表面構造の光誘起変化と構成原子の脱離"固体物理. 34巻・8号. 657-668 (1999)
• [Publications] K.Tanimura: "Laser-Induced Electronic Bond Breaking and Structural Changes on Semiconductor Surfaces"Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 3618. 26-36 (1999)
• [Publications] K.Tanimura: "Laser-Induced Electronic Instability on Semiconductor Surfaces of Si(111)(7x7) and InP(110)(1x1)"Proceedings of the 25th International Conference on Physics of Semiconductors. (印刷中). (2001)
• [Publications] J.Kanasaki: "Laser-Induced Electronic Desorption from InP (110) Surfaces Studied by Femtosecond Non-Resonant Ionization Spectroscopy"Physical Review B. (印刷中). (2001)
• [Publications] N. Itoh: "Laser-Induced Desorption from STM-Selected Semiconductor sites"Progress in Surface Science. 61・1. 1-19 (1999)
• [Publications] 金崎 順一: "半導体表面構造の光誘起変化と原子の脱離"固体物理. 34巻・8. 657-668 (1999)
• [Publications] K. Tanimura: "Laser-Induced Electronic Bond Breaking and Structural Changes on Semiconductor Surfaces"Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing TV, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers(SPLE). 3618. 26-36 (1999)