放射光励起反応による新ナノ反応場の構築とSTMによる評価

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12440202
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 宇理須 恒雄 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 教授 (50249950)
• 研究分担者: 野々垣 陽一 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (40300719)
• キーワード: 放射光 / 自己組織化現象 / 赤外反射吸収分光 / ダイポールダイポールカップリング効果 / STM

研究概要

放射光励起によるSi表面酸化膜の除去により650-700℃の低温で熱平衡状態のSi表面が得られることを見出した。この現象について二次元ガスモデルによる解析を行い、電子励起により、二次元ガス密度の増大と表面ホッピング速度の増大が起こっていることを明らかにした。また、この現象を利用して、10nmレベルのナノ構造を自己組織化現象を利用して領域選択的に作成できる見通しを得たので、Si基板表面に、配置や配向を制御して、脂質やタンパク質を堆積しこれらの物性や表面反応特性を調べる研究を新たにスタートした。2000年度は、クリーンルーム、超純水設備、化学反応器具などの実験設備の準備を終え、Si表面にdodecanの自己組織単層膜の堆積を行った。
上記の、半導体表面反応および自己組織単層膜の特性解析手法として、埋め込み金属層(BML)基板による赤外反射吸収分光法(BML-IRRAS)の開発と応用の研究を進めた。この手法によりSi(100)表面での水素吸着反応を調べ、変角振動領域に現れる二重項ピークが、単独SiH_2と隣接SiH_2によることを明らかにした。また、基板温度の条件を変えてSi(100)表面に水素を飽和吸着させ、モノハイドライド終端のSi(100)理想表面を得ることに成功した。また、この理想表面が得られる条件から、さらに基板温度を上昇させると水素が脱離し、被服率が低下する。被服率とピークシフトとの関係をダイポールダイポールカップリング効果によって説明し、誘電率の分子振動の項の常数を決定した。この結果については、さらにこの理想表面の安定性を調べた後、上記のSi(100)表面への生体物質堆積の前処理過程として応用する。
アンジュレータ放射光励起によるSi表面の反応をSTMによってその場観察するための実験系(超高真空STM装置)の設計を進めた。

研究成果

• [文献書誌] Yongli Gao: "Scanning Tunneling Microscopy Study of Surface Morphology of Si(111) after Synchrotron Radiation Stimulated Desorption of SiO_2"J.Vac.Sci.Technol. A18. 1153-1157 (2000)
• [文献書誌] Yongli Gao: "Scanning Tunneling Microscopy Study of Si(111)Surface Morphology after Removal of SiO_2 by Synchrotron Radiation Illumination,"Appl.Phys.Lett.. 76. 1392-1394 (2000)
• [文献書誌] Yoichi Nonogaki: "SR-stimulated etching and OMVPE growth for semiconductor nanostructure fabrication"Mat.Sci.Eng. B74. 7-11 (2000)
• [文献書誌] Yoshihiro Kobayashi: "Control of surface composition on Ge/Si(001)by atomic hydrogen irradiation,"Surf.Sci. 436. 9-14 (1999)
• [文献書誌] Hideyuki Noda: "Assignments of bending and stretching vibrational spectra and mechanisms of thermal decomposition of SiH_2 on Si(100)surfaces"Chem.Phys.Lett. 326. 163-168 (2000)
• [文献書誌] Hideyuki Noda: "Initial statge of hydrogen etching of Si surfaces investigated by infrared reflection absorption spectroscopy.,"Jpn.J.Appl.Phys. (発表予定).