走査型アトムプローブによる絶縁性薄膜からの光励起電界放射の原子レベルでの研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450023
• Research Institution: Kanazawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 西川 治 金沢工業大学, 工学部, 教授 (10108235)
• Keywords: 走査型アトムプローブ(SAP) / 光励起電界放射 / CVDとHPHTダイヤモンド / F-N plot / カーボンナノチューブ(CNT) / シリコン / グラファイト / クラスター

Research Abstract

本研究の目的は、走査型アトムプローブ(SAP)の特異な機能を生かして絶縁性薄膜からの光励起電界電子放射の機構を明らかにすると共に、電子放射の最適条件を見出すことにある。そこで、平成11年度では、炭素とシリコンの電界放射特性の表面状態による変化を調べた。試料は、昨年度と同様、化学蒸着法(CVD)や高圧高温法(HPHT)により作製されたダイヤモンド、純度が99.8と99.99%のグラファイト、ガラス状炭素、カーボンナノチューブ(CNT)、微細加工を施したシリコン、シリコン(111)面をダイシングソーで碁盤の目状に溝を切り、先端に微小な(111)面が切り残されたシリコンピラミッド、シリコンウエーファーを粉砕した小片等である。表面層をSAPで分析する前に、分析領域の電界放射特性を調べた。その際、電界放射電流の印加電圧による変化をF-N Plotで表示すると、プロットされた直線の傾きが仕事関数と関連している。しかし、本研究で用いた試料は、通常の電界放射に用いられる長く鋭い針状ではなく、分析領域の形状は千差万別であるため、F-N Plotと仕事関数の直接的な関連を見出すのは容易ではない。そこで、F-N Plotの傾きを縦軸とし、F-N Plotがlog(I/V^2)軸と交わる切片を横軸とするチャートを描いた。すると、このチャートでは一本のF-N Plotが一点に対応するが、同一試料から得られた点は直線上に分散し、仕事関数が下がるに従って、直線の傾きが緩やかになることが示された。そこで、上記の各試料についてチャートを作製してみると、表面処理を施していないCNTでの仕事関数が最も低いことが明らかになった。しかし、水素を吸着させると、仕事関数がやや増加し、加熱後に水素を吸着させると更に増えた。これに対して、シリコンでは、水素吸着により仕事関数が下がるという逆の効果が観察された。猶、SAPに位置感知型イオン検出器を導入し、組成分布を原子レベルの分解能で立体的に表示する機能の開発も進められた。

Research Products

• [Publications] O.Nishikawa et al.: "Atom-by-Atom Analysis of Microtip Emitter Surfaces by the Scanning Atom Probe"J.Vac.Sci.Technol.B. 17. 608-612 (1999)
• [Publications] O.Nishikawa et al.: "Atomic Level Analysis of Electron Emitter Surfaces by the Scanning Atom Probe"Appl.Surf.Sci.. 146. 398-407 (1999)
• [Publications] O.Nishikawa et al.: "Development of the Scanning Atom Probe and Atomic Level Analysis"Materials Characterization. 44. 29-57 (2000)
• [Publications] O.Nishikawa et al.: "Atom-by-Atom Analysis of Diamond,Graphite and Vitreous Carbon by Scanning Atom Probe"J.Vac.Sci.Technol.B. 18(印刷中). (2000)
• [Publications] O.Nishikawa et al.: "Atomic Level Analysis of Silicon Emitters Utilizing the Scanning Atom Probe"J.Vac.Sci.Technol.B. 18(印刷中). (2000)