原子間力顕微鏡による活性な清浄表面の単原子観察条件の研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450018
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 菅原 康弘 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40206404)
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / 原子間力 / 清浄表面 / 単原子観察 / 半導体表面 / 引力 / ダングリングボンド / 化学結合

研究概要

平成9年度に改良した超高感度の原子間力顕微鏡を用いて、活性な半導体清浄表面を実際に観察し、表面に弱く吸着した原子(アダトム)を原子分解能で観察するための条件を実験的に検討した。
1) 表面に弱く結合した原子(アダトム)の原子分解能観察条件の解明
加熱清浄化処理により得られるシリコンの活性な(111)再構成表面を、探針と試料表面間に働く引力勾配を変化させながら観察し、表面に弱く結合した原子(アダトム)を原子分解能で安定に観察できるための引力勾配の大きさを解明した。また、原子分解能観察に必要な引力勾配の大きさは、探針先端のダングリングボンドの有無により大きく変化することを見いだした。
2) 単原子観察条件のダングリングボンドの活性度依存性の実験的検討
ダングリングボンドを原子状水素で終端することにより不活性化したシリコンの再構成表面を試料として取り上げ、この表面を原子分解能測定に必要な引力勾配の大きさを実験的に解明する。この測定により、ダングリングボンドの活性度の単原子観察条件への影響を解明した。
3) 単原子観察条件に対する静電気力やファンデル・ワールス力の影響の実験的検討
酸素を吸着させた局所的にイオン化したシリコン表面に対しても引力勾配の大きさを解明し、単原子観察条件に対する静電気力力やファンデル・ワールスの影響を検討する。具体的には、バイアス電圧を印加しながら表面を観察し、表面極近傍では静電気力の影響が大きいことを見いだした。また、静電気力の影響を除去しながら、活性な清浄表面を観察するための方法を新たに考案した。

研究成果

• [文献書誌] H.Ueyama et al.: "“Stable operation mode for dynamic noncontact atomic force microscopy"" Appl.Phys.A. Vol.66. S295-S297 (1998)
• [文献書誌] R.Nishi et al.: ""New computed tomography algorithm of electrostatic force microscopy based on the singular value decomposition combined with discrete Fourier transform"" Jpn.J.Appl.Phys.37・4A. L417-L419 (1998)
• [文献書誌] M.Abe et.al.: "Optical near-field imaging using Kelvin probe technique" Jpn.J.App.Phys.37・9A/B. L1074-L1077 (1998)
• [文献書誌] Y.Sugawara et.al.: "True atomic resolution imaging of surface structure and surface charge on the GaAs(110)" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [文献書誌] S.Orisaka et.al.: "“The Atomic Resolution Imaging of Metallic Ag(111)Surface by Noncontact Atomic Force Microscope"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [文献書誌] S.Morita and Y.Sugawara: "“Guidelines for the Achievement of True Atomic Resolution with Noncontact Atomic Force Microscopy"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [文献書誌] T.Minobe et.al.: "“Distance Dependence of Noncontact AFM Image Contrast on Si(111)√3×√3-Ag Structure"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [文献書誌] M.Abe et.al.: "“Near-field Optical Imaging Using Force Detection with New Tip-Electrode Geometry"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)
• [文献書誌] T.Uchihashi et.al.: "“Imaging of Chemical Reactivity and Buckled Dimers on Si(100)2×1 Reconstructed Surface with Noncontact AFM"" Appl.Sur.Sci.137・3-4. (1999)