極微探索領域をもつSXM用走査探針製作法の確立

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02555004
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 富取 正彦 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助手 (10188790)
• 研究分担者: 西川 治 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (10108235)
• キーワード: 走査型探索顕微鏡 / 走査型トンネル顕微鏡 / 走査型トンネル分光法 / アトムプロ-ブ・電界イオン顕微鏡 / 電界放射分光法 / 走査探針

研究概要

走査型探索顕微鏡(SXM)は、原子的スケ-ルで鋭くした探針で試料面を走査し、その探針の動きから試料面の起伏を原子的分解能で描きだす表面顕微鏡の総称である。その代表格である走査型トンネル顕微鏡(STM)は、探針と試料面の間隔を10Åほどに接近させたときに流れるトンネル電流を用いている。トンネル電流はトンネル障壁の間隔が0.1Å変動しても顕著に変るので、トンネル電流が一定になるように探針と試料面の間隔を保ちながら試料面に沿って探針を走査すれば、探針は試料面の凹凸をなぞるように変位する。この動きをプロットすれば、原子的分解能で表面形状を立体的に描きだすことができる。STMのほかに、トンネル電流一印加電圧特性から表面の電子状態を描き出す走査型トンネル分光法(STS)、試料と探針の間に働く原子間力を一定に保ちながら走査する原子間力顕微鏡(AFM)など、極微先端領域をもつ探針と近接した試料面との間でやり取りする物理量を検出して試料面の構造を描きだす顕微鏡の発展は著しい。しかし、これらSXMの分解能と再現性は探針の鋭さと安定性に依存し、その製作と評価法の確立が最大の問題となっている。そこで本研究では、アトムプロ-ブ・電界イオン顕微鏡/電界放射分光法(A-P FIM/FEES)などを有効に活用し、多機能なSXM用探針を真空蒸着法や電解析出法で作り、その特性や有効性を調べた。電解研磨法により鋭利にされたIr探針上にGeを蒸着し、その電子状態や構造をA-P FIM/FEESを用いて調べ、探針表面に誘起された表面準位や半導体的エネルギ-ギャップがGeの電解蒸発にともなって変化していく様子を明らかにし、Si-Ge系超構造表面を調べる際のGeで覆われたSTS用探針の効果についての知見を得た。また、超高真空A-P・STM複合器を基礎として、電解重合導電性ポリマ-の表面構造と電子状態を解析し、探針先端にもポリマ-を重合することにより、ポリマ-の電子状態をより明確に調べることができる探針を開発した。

研究成果

• [文献書誌] O.Nishikawa,H.Koyama M.Tomitori and F.Iwawaki: "Tunneling Characteristics of Silicon Covered Molybdenum Tip Apex" J.Vac.Sci.Technol.B. 9. 789-793 (1991)
• [文献書誌] O.Nishikawa,M.Tomitori and F.Iwawaki: "Atomic Configuration of Tip Apexes and Scanning Tunneling Microscopy-Spectroscopy" Materials Science and Engineering. B8. 81-97 (1991)
• [文献書誌] F.Iwawaki,M.Tomitori and O.Nishikawa: "STM Study of Epitaxial Growth of Ge on Si(001)" Surf.Sci.Lett.253. L411-L416 (1991)
• [文献書誌] F.Iwawaki,M.Tomitori and O.Nishikawa: "STM/STS Observation of Step Structures of Si(001) and (111) Surfaces" J.Vac.Sci.Technol.B. 9. 711-715 (1991)
• [文献書誌] O.Nishikawa,H.Koyama and M.Tomitori: "Work Function,Field Emitted Electron Energy Spectrum and Surface Composition of Silicon Covered Molybdenum" Surf.Sci.246. 201-204 (1991)
• [文献書誌] O.Nishikawa,M.Tomitori F.Iwawaki and N.Hirano: "Correlation between Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy Images and Apex Profiles of Scanning Tips" J.Vac.Sci.Technol.B. 8. 421-424 (1990)