半導体凹凸基板を用いたフラーレン分子鎖の構築

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11165241
• 研究機関: 豊田工業大学
• 研究代表者: 吉村 雅満 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40220743)
• 研究分担者: 上田 一之 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029212)
• キーワード: トンネル顕微鏡 / フラーレン / 炭素材料 / 吸着 / STM / ナノチューブ / 低次元 / Si(110)

研究概要

本研究では半導体凹凸基板としてSi(110)清浄面に着目しているが、この面の特徴として凹凸であることは以前から分かっていたが原子構造については不明であったので、本年度はまずこの表面の原子配列と異原子吸着による凹凸周期の改変についての研究を行った。高分解能の走査型トンネル顕微鏡(STM)観察によりこの表面はシリコンの5員環クラスター(ペンタゴン)がペアとなった構造が基本単位であることがわかり新しい原子構造モデルを提案した。この面の凹凸テラスの巾は2.5nmであるが、スズ原子を吸着させると1.75倍まで拡大できることを見いだした。この時、吸着したスズは3量体となって上記ペンタゴン間に配列していた。この結果ペンタゴン間の距離は拡げられ表面歪みの緩和によりテラス巾が広がったと解釈できる。このように異原子の吸着を利用して表面の歪みを制御することによりナノオーダーの凹凸の巾が可変であることを初めて見いだした。次にSi(110)清浄表面(凹凸面)にフラーレン分子(C60)を蒸着したところ、分子は上方テラス、下方テラスともに吸着していることがSTM観察から判明した。やや上方テラスの方が吸着数は多かったが、斜め蒸着法により選択性を高めることも可能と思われる。吸着サイトはテラスの真ん中ではなくやや端に寄っていた。これはC60分子がダングリングボンドを有する上記のペンタゴン上に吸着していることを意味する。次にこの表面を徐々に加熱して表面構造の変化を詳細に観察し、特に1000℃の加熱によりフラーレン分子が分解して下地シリコンとの反応によりクリスタルハビットを有するSiCの島が形成した。

研究成果

• [文献書誌] M.Yoshimura: "Observation of Si(110) surfaces by high-temperature scanning tunneling microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. (in press).
• [文献書誌] T.An: "Surface structure of Si(110)"7x2"-Sn obseved by scanning tunneling microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. (in press).
• [文献書誌] B.An: "Characteristics of /3x/3-R30 superstructure of graphite by scanning tunneling microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. (in press).
• [文献書誌] B.An: "Surface superstructure on fullerenes annealed at elevated temperatures"J.Appl.Phys.. (in press).
• [文献書誌] T.An: "Elemental structure in Si(110)"16x2" revealed by scanning tunneling microscopy"Phys.REV.B. 61. 3006-3011 (2000)
• [文献書誌] M.Yoshimura: "Ni-induced surface reconstructions on Si(110) studied by scanning tunneling microscopy"Surf.Sci.. 433-435. 470-474 (1999)
• [文献書誌] 吉村雅満: "走査型プローブ顕微鏡-基礎と未来予測 2.9 各種プローブ作製,2.10多探針STM,3.3半導体材料の評価"森田清三編著:丸善株式会社. 16 (2000)