原子間力顕微鏡と原子層堆積法の併用による三次元原子配列と人工無機物質の合成

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450331
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 小林 健吉郎 静岡大学, 工学部, 教授 (20153603)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 冨田 端正 静岡大学, 工学部, 助手 (50303532)
• Keywords: 原子配列 / 酸化テタン / 酸素吸着 / 光脱離

Research Abstract

これまで伝導性カンチレバーを持つAFMを用いてTiO2表面に局所的に電場を印加することにより酸素を吸着させることが出来た。また酸素吸着の後、紫外線を照射しながら正の電圧をTiO2に印加することにより吸着酸素の光脱離も可能となった。そこで、この吸着酸素あるいは脱離を空間的にどの程度の空間分解能で制御できるかを検討した。
TiO2単結晶(110)をH2(2%)雰囲気中800℃4時間還元して半導体化した。AFM試料台とTiO2はIn電極によりオーミック接触を取った。AFMはセイコーSPI3700Nを用いた。伝導性カンチレバーはSi上に金あるいは白金を被覆したものを用いた。測定は酸素およびアルゴン雰囲気中で行った。
ベクタースキャンを用いて任意のパターンでカンチレバーを移動できるようにした。まず最初に酸素中で-3.0Vの電圧を印加しながら1000nm×1000nmの領域で縦縞のパターンを形成させることを試みた。その結果AFMトポグラフに5nm程度の隆起を持った縦縞のパターンが形成された。このパターンの幅は50nm程度と極めて広く、満足のいくものではなかった。そこで20nm×20nmの領域でSYならびにKKの文字をベクタースキャンで書いたところ、AFMトポグラフに5nm程度の隆起を持った文字SY,KKが形成され、文字幅は5nm程度と極めて高い空間分解能が得られた。このパターンは電流像からも確認出来た。この文字パターンは酸素中あるいはアルゴン雰囲気中でも消失せず、また紫外線照射だけでも何等の変化は認められなかった。しかし、紫外線照射を行いながら、10Vの電圧を印加することにより文字パターンは消失した。これらの結果からTiO2表面に電場印加することにより数nmの空間分解能で酸素吸着を局所的に起こすことが可能となり、加えて紫外線照射とプラスの電圧印加により吸着酸素の光脱離が選択的に起きることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] Shigenori Matsushiam: "Molecular Orbital Calculation for N-doped ZnO"Electrochem. 68・6. 537-539 (2000)
• [Publications] Kenkichiro Kobayashi: "Photo-induced Charge transfer in oxides andnitrides doped with transition metal ions"Trans.Mater.Resear.Soc.Jpn. 25・1. 249-252 (2000)
• [Publications] Kenkichiro Kobayashi: "Control of Adsorption anddesorption of oxygen on TiO2 surface by atomic force"Trans.Mater.Resear.Soc.Jpn. 25・1. 253-256 (2000)
• [Publications] Kenkichiro Kobayashi: "Electrochemical generation of hot plasma by pulsed discharge in an electrolyte."J.Phys.Chem.. 104・26. 6318-6326 (2000)
• [Publications] Kenkichiro Kobayashi: "Spatial arrangement of oxygen molecules adsorbed on TiO2 surface"Mat.Sci.Lett.. 19. 173-175 (2000)