2012 Fiscal Year Research-status Report
金属及び半導体上に形成する同一性酸化シリコン単分子層の構造とバンドギャップ
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23540372
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
栃原 浩 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 学術研究員 (80080472)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 清義 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (60229705)
白澤 徹郎 東京大学, 物性研究所, 助教 (80451889)
小森 文夫 東京大学, 物性研究所, 教授 (60170388)
鈴木 孝将 福岡大学, 工学部, 教授 (10580178)
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| Keywords | 酸化シリコン超薄膜 / 半導体／絶縁体接合 / バンドギャップ / シリコンカーバイド |
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| Research Abstract |
SiC(0001)上の結晶性酸化シリコン単層膜とMo(112)上の結晶性酸化シリコン単層膜の走査トンネル顕微鏡 (STM) 観察と走査トンネル分光法 (STS) 測定をこれまでにおこなってきた。この２つのサンプル表面構造は、低速電子回折法 (LEED) で観察すると、それぞれの表面ではc(2x2)、 (√3x√3)R3の周期配列（今後、SQRT3と書く）を示すが、同じ化学組成比の類似単層膜結晶であることがこれまでの研究から分っている．
本年度は取り扱いが比較的易しいSiCサンプル上の結晶性酸化シリコン単層膜に研究を集中することにした．素晴らしいLEED パターンを示したSiC(000-1)上の結晶性酸化シリコン単層膜を新たなサンプルとして加えた．この表面の周期構造は、同じくSQRT3であるが、その構造は似ているが少し異なっている。しかし、これまでのサンプルと同じようにSiC(000-1)上の結晶性酸化シリコン単層膜の表面にはナノ粒子がほぼ全面を覆っていたのをSTMで観察した．したがって、LEEDパターンの善し悪しだけでは完全にフラットな単層膜が形成しているのか、あるいは単層膜の上にナノ粒子が多く存在しているのかを判断できないことがわかった．ナノ粒子はSiO2であることが予想されたため、950度Cでのサンプル加熱をおこない、ナノ粒子を除去する計画をたてた．その結果、ナノ粒子に覆われた表面のところどころにフラットな狭い領域(~10 nm)が形成した．その領域で高分解能STM測定をすると、SQRT3のハニカム構造が観察され、これはLEEDによって決定された構造と一致した．さらに、STS測定をおこない、トンネル電流―バイアス電圧特性 (I-Vカーブ) を得、バンドギャップの値を求めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
上にも述べたように、本年度は、SiC(0001)およびSiC(000-1)上の結晶性酸化シリコン単層膜のSTM観察とSTS測定をおこなうことを計画した。この２つの表面は、結晶の表と裏に相当し、それぞれSiおよびCが最表面にあるため、Si面、C面と呼ばれている．
まず、C面についてSTM/STS実験を分担者の東大物性研でおこなった。LEEDは非常に良いSQRT3パターンを示していたが、STM観察すると、表面にはほぼ全面にナノ粒子で覆われていた．加熱（フラッシング）によりナノ粒子を表面から取り除く（分解、昇華）試みをした．950度Cでは非常に狭いけれどフラットな領域（約10 nm）があちこちに出現した．その領域でSTSによりI-Vカーブを測定した．STS I-Vカーブの再現性を実現することは困難であることが知られているが、今回は狭い領域ということもあり、約３０本しかカーブを測定することができなかった．それらの再現性はかなり良かったが、信頼性に疑問があり、再実験を計画した． 975度Cでフラッシングをおこなった．STMによると、多くのナノ粒子は表面から除去されてフラットなテラスが出現した．しかし、残念なことに、STMの探針の先に酸化物が付きやすくなり、STSをおこなうことができなくなった．そのために、広いフラット領域のSQRT3がえられたにもかかわらず、I-Vカーブを得ることができなかった．その後、東大物性研のSTM装置が故障したため、実験を行うことができなくなった
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| Strategy for Future Research Activity |
分担者の一人が属する福岡大学工学部に、代表者は２５年度に移動した．そこには室温ではあるが、超高真空STMが設置されている．STSは低温にドリフトをできるだけ押さえなければ再現性と信頼性のあるI-Vカーブを取ることができない．しかし、これまではサンプルを作って東大物性研に持ち込んで、STMで表面観察した後、フラッシング等によりSQRT3のフラットなテラスを作るというサンプル処理のために、マシーンタイムの多くの時間を費やしてきた．今後は、福岡大学においてサンプル処理をおこない、STM観察によりナノ粒子の少ないフラットな表面（SQRT3）を作り、その後東大物性研の低温STM/STS装置にそのサンプルをセットするという体制に変えることで合意した．福岡から千葉まで空路サンプルを真空中に保持したまま運ぶための真空ボックスを製作する．SQRT3のI-Vカーブを数多く取り、再現性と信頼性を確かめ、バンドギャップの値を求める．なお、探針の先端に付きやすく、STS測定を不可能にする酸化シリコンナノ粒子を探針から取り除くために、加熱法や探針(W)のPt塗布を試みる．
SiC(000-1)上の結晶性酸化シリコン単層膜の上に残留しているナノ粒子は、975度Cまでのフラッシングにより除去できることがわかった。おそらく同様に、SiC(0001)上の結晶性酸化シリコン単層膜の上に残留しているナノ粒子も除去することができると考えられる．同様にして、SQRT3のI-Vカーブを数多く取り、再現性と信頼性を確かめ、バンドギャップの値を求める．ドイツの理論グループに依頼して、C面、Si面上の結晶性酸化シリコン単層膜のバンド構造を計算してもらう．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度に繰り越した研究費が生じた主な理由は、成果を国内での学会に発表のための旅費を２回分計上していたが，充分な成果がまだ得られていなかったので，学会出席を回避したために，国内旅費を使用しなかったためである。最終年度である本年度は、SiC 基底面の両サイドであるSi面とC面の上に形成する２種類の結晶性酸化シリコン単層膜を福岡大学で作製しSTMで品質保証する。東京大学でそれらのサンプルのバンドギャップをSTM/STS装置で測定する．そのための４回分の出張費用として旅費を使用する．サンプルの運送真空ボックスを製作するために物品費を使用する．これらの成果を発表するために、国内での学会参加のため（２回）、旅費を使用する．また、フランスやアメリカでおこなわれる固体表面の国際会議に成果を発表するために（２回）、旅費を使用する．ドイツの理論家に、SiC(000-1)上の結晶性酸化シリコン単層膜のバンド計算を依頼しているので、その結果と我々の実験結果に付いて議論するために、フランスでの国際会議に合わせて、訪問する．
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Research Products
(2 results)
