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2014 Fiscal Year Research-status Report

エピタキシャルシリセンの形成機構解明

Research Project

Project/Area Number 26790005
Research InstitutionJapan Advanced Institute of Science and Technology

Principal Investigator

フロランス アントワーヌ  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 助教 (30628821)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywordsシリセン / 走査トンネル顕微鏡 / 二次元材料
Outline of Annual Research Achievements

平成26年度は、Siウェハー上に成長した二ホウ化ジルコニウム(ZrB2)薄膜の表面にエピタキシャルシリセンが自発的に形成される現象について調べるために、Arイオンスパッタリングにより得られた清浄ZrB2(0001)面へのSi層の成長過程を調べることを試みた。超高真空チャンバーに導入したての、酸化物に覆われたZrB2薄膜と、加熱して酸化物を除去した結果シリセンに覆われたZrB2薄膜の両方に加速エネルギーと時間とを系統的に変化させてスパッタリングを施した結果、後者の試料の方が平坦なZrB2(0001)面を得ることが容易であることが分かった。200eVの加速エネルギーを用いて二、三秒のスパッタリングを行えば、シリセンをZrB2(0001)面の平坦性を損なうことなく除去できることが低速電子線回折などにより明らかとなった。この表面を用いて、表面偏析と拡散によりシリセンが成長する様子を調べた。部分的にスパッタした結果、シリセンが表面積の半分ほど除かれた試料においては、400℃の加熱により再構成したシリセンによる島状構造が再形成された。基板から表面へのSiの偏析は640℃付近で起きることが明らかとなった。この実験を通して以下のことが結論できる。スパッタリングを施した表面はもとの薄膜表面と比べると凹凸が大きく、粗くなったが、シリセンはその粗い表面上にも形成され、平坦性がシリセン形成の必要条件ではない。また、島状のシリセンやシリセンシートはドメイン構造を持つが、750℃の加熱によりはじめて縞状の揃ったドメイン構造が生じた。このことは、縞状のドメイン構造がシリセンをZrB2(0001)面上に安定化させるために必ずしも必要ではないことを示唆している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

清浄なZrB2(0001)面を得るためのスパッタリング条件を最適化できたことはこのプロジェクトの成功のために必要な大きな成果である。また、部分的に表面のSiを除去した状態でSiが拡散する温度やSiが偏析する温度において行った加熱実験により、平坦性やドメイン構造がシリセンの形成に不可欠だというわけではないという有用な知見が得られた。

Strategy for Future Research Activity

平成26年度にスパッタリング条件を最適化することによって得られた清浄ZrB2(0001)面のSiの蒸着によるシリセンの形成条件を明らかにすることを試みる。Si源は既に装置に設置済みであり、Siのフラックスの校正も済んでいる。蒸着は、基板温度と蒸着量を系統的に変えて行う予定である。さらに、ZrB2(0001)面を原子状水素により水素化し、改変した基板表面上における水素が除去されない温度範囲でのSiの蒸着によるシリセンの形成を試みる。また水素がシリセンとZrB2(0001)面の間に存在することによってシリセンと基板との相互作用の強さが変わり、電子状態に変化が起きるかどうかを明らかにする。

Causes of Carryover

平成27年度にイタリア・ナポリ(Superstripes2015-International Conference)と、アメリカ合衆国・オーランド(The 5th International Meeting on Silicene)で開催される国際学会に招待されたため、平成26年度分の成果発表を平成27年度に合わせて行うことにした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

エピタキシャルシリセンの形成機構に関する成果発表のため、平成27年度開催の二つの国際学会への旅費と参加費に充てる。

  • Research Products

    (10 results)

All 2015 2014

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Avoiding critical-point phonon instabilities in two-dimensional materials : The origin of the stripe formation in epitaxial silicene2014

    • Author(s)
      C.-C Lee, A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Yamada-Takamura, and T. Ozaki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 90 Pages: 241402

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.241402

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Band structure of silicene on zirconium diboride (0001) thin-film surface: Convergence of experiment and calculations in the one-Si-atom Brillouin zone2014

    • Author(s)
      C.-C. Lee, A. Fleurence, Y. Yamada-Takamura,T. Ozaki, and R. Friedlein
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 90 Pages: 07542

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.075422

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Core level excitations- A fingerprint of structural and electronic properties of epitaxial silicene2014

    • Author(s)
      R. Friedlein, A. Fleurence, K. Aoyagi, M. P. de Jong, H. Van Bui, F. B. Wiggers, S. Yoshimoto, T. Koitaya, S. Shimuizu, H. Noritake, K. Mukai, J. Yoshinobu and Y. Yamada-Takamura
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 140 Pages: 184704

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4875075

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Temperature-dependent phase transitions in epitaxial silicene on ZrB2(0001)2015

    • Author(s)
      A. Fleurence, and Y. Yamada-Takamura
    • Organizer
      American Physical Society 2015 March Meeting
    • Place of Presentation
      San Antonio, U.S.A
    • Year and Date
      2015-03-02 – 2015-03-06
  • [Presentation] Structural and electronic properties of 2D Si layers formed by deposition of Si on silicene/ZrB22015

    • Author(s)
      C. F. Hirjibehedin, T. G. Gill, B. Warner, H. Prueser, K. Aoyagi, R. Friedlein, A. Fleurence, J. T. Sadowski and Y. Yamada-Takamura
    • Organizer
      American Physical Society 2015 March Meeting
    • Place of Presentation
      San Antonio, U.S.A
    • Year and Date
      2015-03-02 – 2015-03-06
  • [Presentation] Epitaxial silicene on ZrB2(0001) : a graphene-like form of silicon2014

    • Author(s)
      A. Fleurence
    • Organizer
      22nd International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM22)
    • Place of Presentation
      熱川ハイツ(静岡県・東伊豆町)
    • Year and Date
      2014-12-11 – 2014-12-13
    • Invited
  • [Presentation] Mono- and Multi-Layer Silicene Surfaces Grown on ZrB22014

    • Author(s)
      T. G. Gill, A Fleurence, J.T. Sadowski, C. F. Hirjibehedin, andY. Yamada- Takamura
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on the Functionality of Organized Nanostructures 2014 (FON'14)
    • Place of Presentation
      日本科学未来館(東京都・江東区)
    • Year and Date
      2014-11-27 – 2014-11-28
  • [Presentation] Epitaxial silicene on ZrB2(0001) : a graphene-like form of silicon2014

    • Author(s)
      A. Fleurence
    • Organizer
      73rd International Union for Vacuum Science Techniques and Applications (IUVSTA 73)
    • Place of Presentation
      Eisenertz (Austria)
    • Year and Date
      2014-09-22 – 2014-09-26
    • Invited
  • [Presentation] Spontaneous formation of silicene on ZrB2 buffer layers2014

    • Author(s)
      A. Fleurence
    • Organizer
      Superstripes Conference 2014
    • Place of Presentation
      Erice (Italy)
    • Year and Date
      2014-07-25 – 2014-07-31
    • Invited
  • [Presentation] Spontaneous formation of silicene on ZrB2 buffer layers2014

    • Author(s)
      A. Fleurence
    • Organizer
      The 4th International meeting on silicene
    • Place of Presentation
      Beijing (China)
    • Year and Date
      2014-06-11 – 2014-06-14
    • Invited

URL: 

Published: 2016-06-01  

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