2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of atomic force microscope combined with synchrotron radiation X-ray for measurement of elemental species distribution on surfaces at the nanoscale
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19K05266
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
鈴木 秀士 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (30322853)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 非接触原子間力顕微鏡 / 放射光X線 / 元素分析 / ナノスケール / 表面・界面 / 半導体 / ゲルマニウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子回路システムの集積技術には、ムーアの法則の“延命”だけでなく“超える”技術の必要性が高まっている。我々はこれを踏まえ、構造・組成・機能を統合的に原子～ナノスケールで理解するための分析環境の整備が急務と考え、表面ナノ構造や物性 を分析できる非接触原子間力顕微鏡（NC-AFM）と化学分析が可能なと放射光X線（SR X-ray）を組み合わせた「X線支援非接 触原子間力顕微鏡（XANAM：ザナム）」の開発を行っている。
従来のNC-AFM研究において、探針ー試料間の原子間力にはvan der Waals力、静電気力の他、共有結合力も含まれる事がわかっている。我々は以前からX線誘起の力変化は共有結合力成分の変化に由来すると考え、AuやNi表面において、試料元素のX線吸収端エネルギー付近でのX線照射で探針ー試料間の原子間力に変化がおきることを示した。またこの現象が、元素マッピングへの応用可能であることも示した。しかし、空間分解能は数十ナノメートル程度にとどまり、原子～ナノスケールに到達するには改善が必要であった。そこで、本申請期間では、１）他元素への手法適用、２）装置性能の改善を実施し、NC-AFMとSR X-rayを”つなぐ技術”の確立およびを行っている。
初年度は、探針－試料間の共有結合力の寄与が強く現れると報告のある半導体Ge表面について、探針－試料間の力のX線エネルギー依存性をフォースカーブを用いて調べた。実験は、放射光施設KEK-PF（茨城県つくば市）のBL-7Cで、専用に設計・製作したXANAM装置を用いて行った。その結果、Ge-K吸収端（11103 eV）付近でX線エネルギー変化による応答が生じることが確認された。Au、Niの金属表面だけでなく、Ge半導体表面においても計測可能であることが示された。
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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
本申請期間では以下の３つの項目の遂行を提案している。 １）元素別データの拡充により基礎的知見を集積し、現象の理解と原理の詳細を検討する。現状で使用可能な放射光施設において、4～20 Ke Vの範囲に吸収端を持つ元素種で測定を行う。 ２）装置改良およびより高速高度感度な計測方法への改良。３）電子デバイス表面へ応用展開し、XANAMの有効性を示す。初年度においては、Ge半導体表面への適用から１）を行うことができた。また、２）についても現在、AFMの機械駆動系の改良を行っている。よって、現状おおむね順調に研究を進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、上記の１）～３）のうち、２）について、新しいロックインアンプを導入した新測定法の検討を進めている。併せて、測定および解析プログラムの改良を計画している。また、１）においても新しい構造性をもつ試料での測定を行う予定である。ただし、初年度に対してコロナ禍による影響から放射光施設での実験時間、回数が減ることが懸念されており、その場合には２）をより重点的に進める予定である。
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| Causes of Carryover |
研究の進捗状況により、計画における項目１）元素別データの拡充と２）装置改良およびより高速高度感度な計測方法への改良の順を入れ替えたために、前年度分の支出が抑えられて生じた。残額分は翌年度分としてそのまま計画に使用する予定である。
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[Presentation] XANAM measurements on Ge surfaces for surface chemical imaging2019
Author(s)
Suzuki, S., S. Mukai, W.-J. Chun, M. Nomura, S. Fujimori, M. Ikeda, K. Makihara, S. Miyazaki and K. Asakura
Organizer
12th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '19 in conjunction with the 22nd International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS XXII)
Int'l Joint Research
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