2015 Fiscal Year Research-status Report
走査型非線形誘電率ポテンショメトリの開発とその電子材料・デバイス評価への応用
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15K04673
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山末 耕平 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70467455)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 走査型非線形誘電率顕微鏡 / 走査型非線形誘電率ポテンショメトリ / 自発分極 / 永久双極子 / 走査型プローブ顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ナノスケール電位測定法である走査型非線形誘電率ポテンショメトリ（SNDP）の開発を進めている．SNDPは，走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM）を基盤としており，原子間力顕微鏡を応用したケルビンプローブフォース顕微鏡（KPFM）と異なり，試料の表面や界面に存在する自発分極や永久双極子に選択的に応答することが理論的に示されている．研究実績は下記の通りである．まず，超高真空下で非接触動作するSNDP（NC-SNDP）の機器開発を進めた．次に，開発中のNC-SNDPを用いたSi(111)-(7×7)表面の観察により，Siアドアトム上で約0.5Vの電位が誘起されることを実験的に確めた．この電位は先行研究におけるKPFMによる局所接触電位差（LCPD）測定の結果とほぼ一致している．また，表面双極子の向きはSNDMを用いた先行研究と同じ向きであった．さらに，NC-SNDPをSiC基板上に成膜された単層グラフェンの界面電荷状態の観察に応用した結果を報告した．4H-SiC基板のSi面上に成膜されたグラフェンでは，界面とグラフェンの強い結合状態に起因すると考えられる高い電位が観察されるが，成膜後に水素中でアニール処理した場合，界面修飾の効果で電位が有意に低下することがわかった．一方，水素処理の進んだ領域でも，原子スケールでみると電位が上昇する箇所が存在した．これは電位像の輝点として観察され，その密度は先行研究で主要な散乱源として報告されている電荷不純物密度の値と同程度のオーダであった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
NC-SNDPの機器開発や実験条件の最適化を進めた結果，NC-SNDPによる形状像および電位像の原子分解能同時観察が可能であることが実証された．SiC上グラフェンについては，水素処理の有無による形状および電位の違いが明確に可視化されただけでなく，水素処理後も残存する界面電荷を可視化することができた．以上の実績と当初の実施計画を比較し，実施計画を概ね満足する進捗状況であると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度に機器開発を進めたNC-SNDPを用いて，SiC上グラフェンおよびSi(111)-(7×7)表面における自発分極誘起電位に関する検討を引き続き進める．特にSiCのC面上グラフェンに関する検討を進め，Si面上グラフェンとの違いを明らかにする．また，理論的に予測されているKPFMとSNDPの違いについて実験的検証を進める．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額はNC-SNDPの機器開発および実験を効率的に進めたことにより発生した未使用額である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度請求額とあわせて平成28年度の研究遂行に使用する．計画されているKPFMとSNDPの実験的比較を行うため，自発分極を有する試料やカンチレバーセンサ，検出系を構成する電子部品，データ処理・計算用ソフトウェアならびにPCの購入に充てる計画である．
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