原子間力顕微鏡による素電荷の単原子観察条件の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08405007
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 森田 清三 大阪大学, 工学部, 教授 (50091757)
• 研究分担者: 西 竜治 大阪大学, 工学部, 助手 (40243183)
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / 周波数変調回路 / 電気的変調 / 静電気力と原子間力の分離回路 / 素電荷 / シリコン酸化膜 / 超高分解能観察 / 電荷の活性化

研究概要

1.絶縁体表面近傍に存在する電荷による静電気力を表面凹凸と分離して超高分解能で測定出来る回路の開発
試料表面との相互作用によるAFM(原子間力顕微鏡)テコの機械的共振周波数の変化を、高精度に測定できる周波数変調(FM)回路を開発した。その結果、試料の表面凹凸を原子分解能で非接触観察可能となった。この回路を用いて化合物半導体(110)へき開面上の点欠陥やSi(111)7×7やSi(100)2×1再構成の観察に成功し、原子分解能観察の条件を調べた。次に、この回路にAFMテコと試料の間に電気的変調をかけられる回路を付加し、更に、FM測定にキャパシタンスを通じて混入する電気的変調効果を除去する回路を付加する事により、絶縁体表面近傍に存在する電荷による静電気力を凹凸と分離して超高分解能で測定出来る回路を開発した。
2.電荷による静電気力を高分解能で測定するための観察条件の検討と超高分解能観察の実現
開発した回路でシリコン酸化膜中の電荷を持つトラップサイトを超高分解能観察するための観察条件を調べて、従来の静電気力の測定感度10pNを0.1pNに、従来の静電気力の空間分解能30nmを1.5nmに改善する事に成功し、静電気力の超高分解能観察を実現した。
3.電荷を活性化させる為の光照射系の付加
帯電した電荷を活性化させる為の光照射系として、可視領域の波長可変レーザーを導入した。
4.空気中と真空中でのシリコン酸化膜への接触帯電と電荷の散逸機構の研究
比較のため、シリコン酸化膜への接触帯電と電荷の散逸機構の研究を従来の方法で行った。

研究成果

• [文献書誌] Y.Fukano: "Phase Transition of Contact-Electrified Negative Charges on a Thin Silicon Oxide in Air" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35,No.4A. 2394-2401 (1996)
• [文献書誌] S.Morita: "Contact and non-contact mode imaging by atomic force microscopy" Thin Solid Films. Vol.273. 138-142 (1996)
• [文献書誌] Y.Sugawara: "Atomic resolution imaging of InP(110)surface observed with ultrahigh vacuum atomic force microscope in noncontact mode" J.Vac,Sci.Technol.B. Vol.14,No.2. 953-956 (1996)
• [文献書誌] T.Uchihashi: "Correlation between contact-electrified charge groups on a thin silicon Oxide" J.Vac,Sci.Technol.B. Vol.14,No.2. 1055-1059 (1996)
• [文献書誌] T.Uchihashi: "Proximity effects of negative charge groups contact electrified on thin silicon oxide in air" J.Appl.Phys.Vol.79,No.8. 4174-4177 (1996)
• [文献書誌] S.Morita: "Stability of Densely Contact-Electrified Charges on Thin Silicon Oxide in Air" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35,No.11. 5811-5814 (1996)
• [文献書誌] Y.Sugawara: "Density saturation of densely contact-electrified negative charges on a thin silicon oxide due to the Coulomb repulsive force" Philosophical Magazine A. Vol.74,No.5. 1339-1346 (1996)
• [文献書誌] T.Ohta: "Feasibility Study on a Novel Type of Computerized Tomography Based on Scanning Probe Microscope" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35,No.9B. L1222-L1224 (1996)