高周波パルスSTM/STSによる絶縁体超精密加工表面のキャラクタリゼーション

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450056
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 遠藤 勝義 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90152008)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 晴行 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30304009) ; 押鐘 寧 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40263206) ; 片岡 俊彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029328)
• Keywords: 走査トンネル顕微鏡 / 走査トンネル分光法 / 絶縁体 / 超精密加工 / 表面キャラクタリゼーション / 高周波パルス / 表面微細構造 / 表面欠陥

Research Abstract

本研究の目的は、絶縁体表面の原子構造と電子状態を原子レベルの空間分解能で観察できる高周波パルスSTM/STS装置を開発するとともに、超精密加工された絶縁体材料表面を計測評価し、加工条件の最適化を図ることである。絶縁体表面をSTM観察するためには、帯電と原子の移動を防ぐ必要性から、交流で伝導体に電子を注入するのに充分なバイアス電圧をmsec以下の短パルスで印加するとともに、探針-試料間の浮遊容量の影響を避けてトンネル電流の信号によってのみフィードバック制御する検出回路を開発しなければならない。さらに、絶縁体表面の欠陥準位を求めるために、トンネル電流のバイアス電圧依存性いわゆるトンネル分光を可能にしなければならない。
そこで、本年度は、これまでの準備段階での自作STMを用いた高周波パルスSTMの可能性を探る予備実験結果および検出回路シミュレーションに基づいて、高周波パルスSTM/STS装置を設計・製作し、その装置の性能を評価した。つまり、微小なトンネル電流でもフィードバック制御が可能なRHK社製のSTMシステムおよび自作のピエゾスキャナーをベースに、高周波パルスSTM装置を製作した。また、100kHz以上の高周波・矩形波パルスの±10V間でのバイアス電圧をファンクションジェネレータから印加し、トンネル電流の信号のみを検出する独自な回路を製作した。そして、製作した装置を評価し、絶縁体表面のSTM像を観察するのに充分な基本性能を有することを確認した。

Research Products

• [Publications] Katsuyoshi Endo et al.: "Atomic image of hydrogen-terminated Si(001) surfaces after wet cleaning and its first-principles study"Journal of Applied physics. 91・6(inpress). (2002)
• [Publications] 遠藤勝義: "走査型プローブ顕微鏡の新展開"2001年度精密工学界秋季大会学術講演界講演論文集. 272-273 (2001)
• [Publications] 遠藤勝義 他: "STMによる湿式洗浄Si(001)表面の昇温過程の観察"2001年度精密工学界秋季大会学術講演界講演論文集. 286 (2001)
• [Publications] 有馬健太, 遠藤勝義 他: "走査型トンネル顕微鏡による水素化アモルファスシリコン表面の構造解析"2001年度精密工学界秋季大会学術講演界講演論文集. 287 (2001)
• [Publications] 遠藤勝義 他: "STMによる水素終端化Si(001)表面の昇温過程の観察"2002年度精密工学界春季大会学術講演界講演論文集. (2002)
• [Publications] 遠藤勝義 他: "カ-ボンナノチューブを探針にしたSTM/SREMによるSi表面の観察"2002年度精密工学界春季大会学術講演界講演論文集. (2002)