パルス分子線散乱法による有機分子超薄膜の結晶成長機構の解明と微細構造制御

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09750008
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 島田 敏宏 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (10262148)
• キーワード: パルス分子線 / 変調分子線散乱法 / 滞在時間 / ファンデルワールス相互作用 / 結晶核生成 / 結晶成長機構 / 選択成長 / 有機分子

研究概要

本研究では、有機分子をパルス分子線の形で単結晶基板表面に照射し種々の測定を行うことによって、有機超薄膜の成長機構の解明と2次元微細構造作成の新たな手法を確立することを目的としている。平成10年度に得られた結果は以下の通りである。
1. 変調分子線散乱による分子・表面間ファンデアワールス相互作用の測定
質量分析計を自作することによって変調分子線散乱装置が完成し、有機分子の種々の表面上での滞在時間を測定することが可能になった。現在までに、水素フタロシアニン(分子量=514.55)の白雲母、シリコン酸化膜、多結晶銅、グラファイト(HOPG)上での滞在時間を基板表面の温度を変化させて測定した。滞在時間を表面温度に対してアレニウスプロットすることによって、ファンデアワールス相互作用に由来する脱離の活性化エネルギーを求めた。脱離エネルギーは物質によって異なっており120〜180kJ/molの値が得られた。今後はさらに系統的に測定を進め、現在ようやく第一原理計算法が提案されつつあるファンデアワールス相互作用の予測法の開発に参加したい。
2. パルス分子線を用いた結晶成長における結晶核発生制御
パルス化した分子線を用いて超薄膜成長を行った。分子の平均および総計の照射量を変えないでパルス幅のみを変化させたところ、成長初期の結晶核密度がパルス幅の関数として極小を持つ場合があることが分かった。これは分子2個が衝突することによって脱離する過程が支配的であることを意味している。この現象を精密に応用すれば、単一結晶核からある大きさの膜を作り、結晶性を大幅に向上できることが期待される。とくに選択成長を用いて微細構造を作成する場合に役立つことが期待される。

研究成果

• [文献書誌] Toshihiro Shimada,Kanae Hamaguchi,Atsushi Koma,Fumio S.Ohuchi: "Electronic structure at the interfaces between copper phthalocyanine and layered materials" Appl.Phys.Lett.72. 1869-1871 (1998)
• [文献書誌] Hiroyuki Yamada,Toshihiro Shimada,Atsushi Koma: "Preparation and magnetic properties of manganise (II) phthalocyanine thin films" J Chem.Phys.108. 10256-10261 (1998)
• [文献書誌] Kyoung Ah Cho,Toshihiro Shimada,Masatoshi Sakurai,Atsushi Koma: "Effect of growth temperatures and substrate materials on epitaxial growth of coronene" J.Appl.Phys.84. 268-274 (1998)
• [文献書誌] Toshihiro Shimada,Hirotoshi Taira,Atsushi Koma: "Epitaxial growth of squaric acid" Chem.Phys.Lett.291. 419-424 (1998)
• [文献書誌] Toshihiro Shimada,Jun Koide,Atsushi Koma: "Velocity distribution of organic molecules emitted from effusion cells measured by time-of flight technique" J.Vac.Sci.Technol A. (in press). (1999)
• [文献書誌] Toshihiro Shimada,Makoto Nagahori,Atsushi Koma: "Monolayers films of liquid crystal 12CB grown by molecular beam deposition on cleaved surfaces of alkali halide" Surf.Sci.Lett.423. 285-290 (1999)
• [文献書誌] Toshihiro Shimada,Takafumi Sakurada,Atsushi Koma: "Selective epitaxial growth of organic molecules on patterened alkali halide substrates" Appl.Phys.Lett.74. 941-943 (1999)