非接触モード走査型原子間力/トンネル顕微鏡の試作研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555005
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 森田 清三 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50091757)
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 原子間力 / トンネル顕微鏡 / トンネル電流 / 清浄表面 / 原子分解能 / 半導体表面 / AFM / STM

Research Abstract

引力とトンネル電流を高分解能に同時測定するための観察条件を理論的・実験的に検討し、さらに、開発する走査型原子間力/トンネル顕微鏡の有用性を実証した。
1) 原子分解能で力とトンネル電流を同時測定するための観察条件の理論的検討
力とトンネル電流の同時測定をおこなうために、探針にトンネル電圧を印加すると、原子間力だけでなく探針・試料間の静電容量に起因する静電気力が加わる。そこで、トンネル電圧を印加した状熊での単原子観察に必要なバネ定数の大きさについて理論的に検討した。その結果、バネ定数の大きさとして30N/mが必要であることを明らかにした。
2) 原子分解能で力とトンネル電流を同時測定するための観察条件の実験的検討
劈開により簡単に清浄表面が得られるガリウムヒ素やインジウム燐のような化合物半導体の劈開面を試料として取り上げ、探針に働く引力勾配とトンネル電流の同時測定を行った。その際、探針と試料との間の距離、バイアス電圧などを変化させながら測定を行い、引力領域で単原子観察可能な領域と引力勾配の大きさを実験的に検討した。
3) 原子配列構造と電子状態の完全分離の実証
n型のガリウムヒ素やインジウム燐のような化合物半導体の劈開面に酸素を吸着させると、イオン化した吸着酸素の周りに長距離電荷遮へい効果が現れることが知られている。この吸着表面を走査型原子間力/トンネル顕微鏡で測定し、表面の原子配列構造と電子状態を原子レベルで完全分離できることを実証し、その有用性を明らかにした。

Research Products

• [Publications] H.Ueyama et al.: "“Stable operation mode for dynamic noncontact atomic force microscopy"" Appl.Phys.A. Vol.66. S295-S297 (1998)
• [Publications] R.Nishi et.al.: ""New computed tomography algorithm of electrostatic force microscopy based on the singular value decomposition combined with discrete Fourier transform"" Jpn.J.Appl.Phys.37・4A. L417-L419 (1998)
• [Publications] M・Abe et.al.: "Optical near-field imaging using Kelvin probe technique" Jpn.J.App.Phys.37・9A/B. L1074-L1077 (1998)
• [Publications] Y.Sugawara et.al.: "True atomic resolution imaging of surface structure and surface charge on the GaAs(110)" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [Publications] S.Orisaka et.al.: "“The Atomic Resolution Imaging of Metallic Ag(111)Surface by Noncontact Atomic Force Microscope"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [Publications] S.Morita and Y.Sugawara: "“Guidelines for the Achievement of True Atomic Resolution with Noncontact Atomic Force Microscopy"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [Publications] T.Minobe et.al.: "“Distance Dependence of Noncontact AFM Image Contrast on Si(111)【square root】3×【square root】3-Ag Structure"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [Publications] M.Abe et.al.: "“Near-field Optical Imaging Using Force Detection with New Tip-Electrode Geometry"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [Publications] T.Uchihashi et.al.: "“Imaging of Chemical Reactivity and Buckled Dimers on Si(100)2×1 Reconstructed Surface with Noncontact AFM"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)