電子線励起による選択的化学を用いた原子オーダの材料プロセスの開発

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03402024
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 八百 隆文 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60230182)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朱 自強 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (10243601)
• Keywords: 原子・分子操作 / 電子線誘起化学反応 / 走査トンネル顕微鏡 / 半導体表面 / 分子吸着過程 / 電界蒸発 / 近接効果 / 走査プローブ顕微鏡

Research Abstract

前年度得られた知見((1)AlCl_3の解離吸着プロセス、(2)AlCl_X分子の初期吸着サイト、(3)Cl原子の吸着サイト)を基に、Si(111)-7×7表面のAlCl_X吸着分子、Cl原子の原子・分子操作を試み成功した。すなわち、STM探針を吸着したCl原子、あるいはAlCl_X分子上に位置させ、適当な電界を印加することで、個々のCl原子、AlCl_X分子の移動を誘起した。
さらに、その電界依存性、探針-表面距離依存性、極性依存性を詳細に調べ、Cl原子脱離の機構として、近接効果により影響を受けた電界蒸発機構ならびに探針先端から放射された電子がCl原子の非占有軌道に注入される化学的な効果によるものであることがわかった。AlCl_X分子脱離についても、ほぼ同様な機構による考えられるが、AlCl_X分子の解離は、主として化学的な効果と分子移動し電界誘起の分子分極によるものであると考えられる。
また、Si(100)-2×1表面上にAlを吸着させ、数100ÅにわたるAlダイマー列の形式に成功した。ついで、STM探針-Al原子の相互作用によるAl原子移動を試み複数のAl原子の移動に成功した。
更に、Si(111)-7×7表面上にAlを被覆率〜1程度吸着されたとき出現するγ相は、Alを用いた半導体プロセス構築のために重要であるが、その局所構造は、未決定であった。原子レベルでの詳細なSTM観察により、その構造がダイマーとスタッキングフォールトをベースとする9×9構造であることを示した。

Research Products

• [Publications] Katsuhiro Uesugi: "Solid phase epitaxy processes of Ar-ion bombarded silicon surfaces and recovery of crystallinity by thermal annealing observed with scanning tunneling micrscopy" Materials Research Society. 321. 497-501 (1994)
• [Publications] M.Yoshimura: "The commensurate phase of Al overlayers on the Si(111) Surfaces:STM study of γ-phase surface" Materials Research Society. 317. 27-31 (1994)
• [Publications] Katsuhiro Uesugi: "Scanning Tunneing Microscopy Observation of the Reaction of AlCl_3 on Si(111)-7×7" Materials Research Society. 334. 419-423 (1994)
• [Publications] S.Inoue: "Selective Imaging of Metal Atoms in the Semiconducting Layered Compound MoS_2 by" Materials Research Society. 332. 293-296 (1994)
• [Publications] Takiguchi Takaharu: "Atomic-scale modification of the AlCl3-adsorbed Si(111)-7×7 surface" Applied Surface Science. 82/83. 428-433 (1994)
• [Publications] Uesugi Katsuhiro: "Scanning tunneling microscopy study of solid-phase epitaxy processes of amorphous silicon layers on silicon substrates" Applied Surface Science. 82/83. 367-373 (1994)
• [Publications] T.Yao: "Solid phase epitaxy processes of amorphized silicon surfaces by Ar-ion bombardment observed “in situ" with ultra-high vacuum tunneling microscopy operated at high" Applied Surface Science. 75. 139- (1994)
• [Publications] K.Uesugi: "Scanning tunneling microscopy study of solid-phase epitaxy processes of argon ion bombarded silison surface and recovery of crystallinity by annealing" J.Vac.Sci.Technol.B. 12. 2018-2021 (1994)
• [Publications] K.Uesugi: "Scanning tunneling microscopy study of the reaction of AlCl_3 with the Si(111) Surface" J.Vac.Scl.Technol.B. 12. 2008-2011 (1994)
• [Publications] M.Yoshimura: "Scanning tunneling microscopy observation of Al-induced reconstructions of the Si(111) surfacs:Growth dynamics" J.Vac.Scl.Technol.B. 2434-2436 (1994)