ビルドアップ探針を用いた電界電子放射走査型プローブ顕微鏡の開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555008
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 富取 正彦 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (10188790)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新井 豊子 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助手 (20250235) ; 大塚 信雄 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 教授 (80111649)
• Keywords: 電界電子放射走査型プローブ顕微鏡 / 走査型トンネル顕微鏡 / ビルドアップ探針 / 電界放射 / 電子エネルギー分析

Research Abstract

本研究の目的は、表面の原子配列構造、電子状態、組成を原子スケールの高分解能で解析できる電界電子放射走査型プローブ顕微鏡を開発することである.結晶成長・触媒反応で特異な機能を発現するへテロ構造表面を試料とし、本顕微鏡の表面組成解析能力を活用してへテロ表面の組成分布を調べ、ナノスケールで繰り広げられる複雑な表面現象の解明をめざした.
この装置では、STM観察に用いる探針を電界放射源としても用いる.従って、STM探針と電界放射源として安定に動作できる探針の作成技術がきわめて重要である.本研究では、[111]方位のW単結晶ロッドから電解研磨により針を作成した.この針に、超高真空中で高電界を印加しながら加熱して先端を先鋭化させるビルドアップ法を適用し、探針として用いた.この探針でSTM観察し、その後、探針を試料からわずかに離し、探針に近接・対向した試料表面(Si、Ag、Mo、Ta、C、Ge on Si(111)など)に電界放射電子を照射した.電界放射電流量は、探針と試料を破壊しないように1μA程度に抑える必要がある.従って、探針と試料間距離に依存するが、探針への印加電圧は数100から数kVである.この電位差が入射電子のエネルギーとなる.その照射領域から後方散乱される電子を検出・エネルギー分析した.Si(111)7×7面上にGeを蒸着した表面から後方散乱される弾性散乱電子、プラズモン励起損失電子、オージェ電子を確認した.STMの装置構成がやや複雑で、試料面から弾性散乱された電子が、STMの構造物に入射し、そこから2次電子が発生する場合も考えられる.そこで、試料に負の電圧を印加しながら、散乱電子のエネルギーを測定し、スペクトルのピークシフトから試料固有な電子散乱を確認した.また、散乱電子への浮遊磁場の影響も検討し、スペクトルの精確さの向上を図った.

Research Products

• [Publications] Y.Suganuma: "Analysis of electron standing waves in a vacuum gap of scanning tunneling microscopy : measurement of band bending through energy shifts of electron standing wave"J.Vac.Sci.Technol.. B18. 48-54 (2000)
• [Publications] M.Tomitori: "An applicability of scanning tunneling microscopy for surface electron spectroscopy"Surf.Sci.. (in print.).