研究静電気力顕微鏡による素電荷の原子分解能観察条件の研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450018
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 森田 清三 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50091757)
• 研究分担者: 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 / 静電気力顕微鏡 / 静電気力 / 清浄表面 / 原子分解能 / 半導体表面 / 電荷

研究概要

本研究では、絶縁体表面への帯電現象を原子レベルで研究するため、『絶縁体表面に接触帯電された電荷の分布を素電荷レベルで分離して観察すること』を目的とした。また、特に重要な研究目標として、2次元の固体状態になっている帯電電荷の分布を素電荷レベルで分解して観察するための条件について検討した。本年度は、平成10年度に改良した高感度な静電気力顕微鏡を用いて、素電荷の高分解能観察に必要な探針と試料表面間に働く引力勾配の大きさについて実験的に検討した。また、絶縁体表面の帯電電荷のエネルギー状態や活性化時の電荷間の静電気的相互作用を研究した。
1)接触帯電した電荷の空間分布の超高分解能観察の実現
シリコン酸化膜表面に接触帯電した電荷は、真空中では拡散しないことが判明している。そこで、試料としてシリコン酸化膜を取り上げ、この表面に接触帯電された電荷を素電荷レベルで観察するために必要な引力勾配の大きさを実験的に解明した。
2)2次元高密度帯電電荷の固体状態の研究
シリコン酸化膜の表面に超高密度に接触帯電し、帯電電荷の素電荷レベルの空間分布を観察する。この観察により、2次元の固体状態の帯電電荷が、ウィグナー結晶状態なのか、アモルファス状態なのかを解明した。
3)光照射による帯電電荷の拡散の研究
固体状態の帯電電荷にレーザー光(波長可変)を照射し活性化することにより、帯電電荷の束縛エネルギー(拡散の始まるエネルギー)とその空間分布を解析した。帯電電荷の拡散速度のエネルギー依存性を検討した。

研究成果

• [文献書誌] S.Morita and Y.Sugawara: "Guidelines for the achievement of true atomic resolution with noncontact atomic force microscopy"Appl.Suf.Sci.. 140・3-4. 406-410 (1999)
• [文献書誌] T.Minobe et al.: "Distance dependence of noncontact -AFM image contrast on Si(111)√<3>x√<3>-Ag structure"Appl.Suf.Sci.. 140・3-4. 298-303 (1999)
• [文献書誌] S.Orisaka et al.: "The atomic resolution imaging of metallic Ag(111) surface by noncontact atomic force microscope"Appl.Suf.Sci.. 140・3-4. 243-246 (1999)
• [文献書誌] T.Uchihashi et al.: "Imaging of chemical reactivity and buckled dimers on Si(100)2xl reconstructed surface with noncontact AFM"Appl.Sur.Sci.. 140・3-4. 304-308 (1999)
• [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.. 140・3-4. 371-375 (1999)
• [文献書誌] M.Tomitori and T.Arai: "Tip cleaning and sharpening processes for noncontact atomic force microscope in ultrahigh vacuum"Appl.Sur.Sci.. 140・3-4. 432-438 (1999)
• [文献書誌] Y.Sugawara et al.: "Non-contact AFM Images Measured on Si(111) √<3>x√<3>-Ag and Ag(111) Surfaces"Surface and Interface Analysis. 27・5-6. 456-461 (1999)
• [文献書誌] T.Uchihashi et al.: "Self-Assembled Monolayer of Adenine Base on Graphite Studied by Noncontact Atomic Force Microscopy"Phys.Rev.B. 60・11. 8309-8313 (1999)
• [文献書誌] S.Morita et al.: "Missing Ag Atom on Si(111) √<3>x√<3>-Ag Surface Observed Noncontact Atomic Force Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 38・11B. L1342-L1344 (1999)
• [文献書誌] K.Yokoyama et al.: "Atomically Resolved Silver Imaging on the Si(111) √<3>x√<3>-Ag Surface Using a Noncontact Atomic Force Microscope"Phys.Rev.Lett.. 83・24. 5023-5026 (1999)
• [文献書誌] K.Yokoyama et al.: "Optical beam deflection noncontact atomic force microscope with three dimensional beam adjustment mechanism"Rev.Sci.Instrum.. 71・1. 128-132 (2000)
• [文献書誌] K. Yokoyama et al.: "Atomic Resolution Imaging on Si(100)2xl and Si(100)2xl : H Surfaces with Noncontact Atomic Force Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・2A. L113-L115 (2000)
• [文献書誌] T.Uchihashi et al.: "Identification of B -Form DNA in an Ultrahigh Vacuum by Noncontact -Mode Atomic Force Microscopy"Langmuir. 16・3. 1349-1353 (2000)
• [文献書誌] S.Morita et al.: "Defects and Its Charge Imaging on Semiconductor Surfaces by Noncontact Atomic Force Microscopy and Spectroscopy"Journal of Crystal Growth. (in press). (2000)
• [文献書誌] S.Morita et al.: "Correlation of frequency shift discontinuity to atomic positions on a Si(111)7x7 surface by noncontact atomic force microscopy"Nanotechnology. Vol.11(in press). (2000)
• [文献書誌] Y.Sugawara et al.: "Noncontact AFM imaging on Al -adsorbed S1(111) surface with an empty orbital"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2000)
• [文献書誌] T.Uchihashi et al.: "High-resolution imaging of organic monolayers using noncontact AFM"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2000)
• [文献書誌] N.Suehira et al.: "Development of low temperature ultrahigh vacuum noncontact atomic force microscope with PZT cantilever"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2000)
• [文献書誌] R.Nishi et al.: "Phase change detection of attractive force gradient by using a quartz resonator in noncontact atomic force microscopy"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2000)
• [文献書誌] M.Ashino et al.: "Atomic-scale structure on a non -stoichiometric TiO_2(110) surface studied by noncontact AFM"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2000)
• [文献書誌] 森田清三、菅原康弘: "AFMの現状と展開"表面科学. 20・5. 352-357 (1999)
• [文献書誌] 菅原康弘、森田清三: "非接触原子間力顕微鏡による単一分子解析"蛋白質 核酸 酵素. 44・14. 2119-2123 (1999)
• [文献書誌] 森田清三、菅原康弘: "原子間力顕微鏡による原子レベルの物性評価と計測"電気学会論文誌C. 119-C・10. 1109-1112 (1999)
• [文献書誌] 森田清三、菅原康弘: "ナノ力学に基づいた原子分子技術"生産と技術. 52・(in press). (2000)
• [文献書誌] 森田清三編著他: "丸善株式会社"走査型プローブ顕微鏡-基礎と未来予測-. 2000. (181)