トンネル電流と変位電流の同時分離計測による有機超薄膜のエネルギー準位図の解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650007
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 真島 豊 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (40293071)
• Keywords: 変位電流 / トンネル電流 / 走査型トンネル顕微鏡 / フラットバンド / シリコン / キャリア濃度 / 空間電荷 / エネルギー準位

Research Abstract

申請者がこれまでに提案、開発してきたトンネル電流と変位電流の同時分離計測手法を有機超薄膜に適用し、同時分離計測を実現した。有機超薄膜材料は液晶ディスプレイの配向膜として用いられているポリイミドを用い、スピンコート法でシリコン基板上に20nmの厚さの有機超薄膜を作製した。この試料を超高真空中でトンネル電流と変位電流の同時分離計測を行う装置に導入し、同時分離計測を試みた。トンネル電流と変位電流の同時分離計測装置は、走査型トンネル顕微鏡を基本としており、プローブ電極と試料の間に直流電圧を印加して、プローブ電極を試料に対して非接触で垂直方向に振動させる。このとき外部回路にはトンネル電流と変位電流が重畳された信号が流れる。これを増幅器で増幅し、トンネル電流と変位電流の位相が90゜異なることを利用して、二位相ロックィンアンプで分離計測する。シリコン基板におけるトンネル電流と変位電流の同時分離計測における変位電流の電圧依存性からシリコンの局所的なキャリア濃度を測定する手法をこれまでに申請者は確立しており、この手法を有機超薄膜試料に適用し、シリコン基板上に作製した有機超薄膜試料の変位電流の電圧依存性を測定することに今年度成功した。また、シリコンのフラットバンド状態から、有機薄膜中の空間電荷密度を見積もることが可能であることを解析的に示し、実験結果と解析結果を比較することによりポリイミドスピンコート膜中の空間電荷密度が、一般的なシリコン酸化膜中の空間電荷密度とは極性が逆の負電荷であり、密度が4倍程度であることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Yutaka MAJIMA,Yutaka OYAMA and Mitsumasa IWAMOTO: "Measurement of Semiconductor Local Carrier Concentration from Displacement Current-Voltage Curves with a Scanning Vibrating Probe"Phys.Rev.B. 62. 1971-1977 (2000)
• [Publications] 真島豊,岩本光正: "変位電流とトンネル電流の同時計測法と変位電流顕微鏡"応用物理. 69. 1439-1440 (2000)
• [Publications] Yutaka MAJIMA,Yutaka OYAMA and Mitsumasa IWAMOTO: "Quantitative Measurement of Local Carrier Concentration of Semiconductor From Displacement Current-Voltage Curve Using a Scanning Vibrating Tip"Materials Research Society Proceedings. 591. 201-206 (2000)
• [Publications] Yutaka Majima,Setsuri Uehara,Tomohiko Masuda,Atsushi Okuda,and Mitsumasa Iwamoto: "The Waveform Separation of Displacement Current and Tunneling Current Using a Scanning Vibrating Probe"Thin Solid Films. (Accepted for publication).