金属・半導体界面におけるフェルミ準位ピニングの可視化

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555088
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長谷川 幸雄 東京大学, 物性研究所, 助教授 (80252493)
• 研究分担者: 江口 豊明 東京大学, 物性研究所, 助手 (70308196) ; 原 史朗 産業技術総合研究所, 主任研究官
• キーワード: 金属半導体界面 / 走査トンネル顕微鏡 / シリコン表面 / 界面準位 / 原子間力顕微鏡

研究概要

現有の超高真空STMシステムにBEEM機能を取り付け、その性能評価を進めている。BEEMに必要となる電極・電流導入端子・簡易マニピュレーターからなるユニットを作成し超高真空システムに取り付け、その動作を確認した。さらに制御系の開発・調整を進め、BEEM電流電圧特性やBEEM電流像を測定できるよう測定回路や制御用コンピュータの設定を行った。
本研究の目的のためには、界面準位密度の少ない金属半導体界面を作成することが必要である。空気中の酸素・水分量の極めて少ない環境を実現するグローブボックス内で、シリコンの化学処理を行うことにより、ピニングが無いとされる理想的な界面生成の条件をかなり絞ることができた。予定していたSiCについては、化学処理の条件を十分に絞ることができず、今後の課題である。
界面ピニング観察手法として界面トラップ準位によるポテンシャル検出を目指して、原子間力顕微鏡の力検出分解能を改善することを試み、ノイズの削減や探針形状制御などの工夫によりシリコン表面における単一原子間力検出の検出、及びそれによる高分解能AFM像観察に成功している。ポテンシャル分布測定も同時に試みており、十分に高い検出感度・位置分解能でポテンシャルプロファイルが観察できることを確認した。
金属半導体界面の基板として用いるシリコン基板表面構造の基底状態に関して、低温における走査トンネル顕微鏡による観察を行い、従来の測定で問題とされた試料温度に関して正確に測定することにより、その安定構造を決定することができた。

研究成果

• [文献書誌] Toyoaki Eguchi, Y.Hasegawa: "High resolution atomic force microscopic imaging of the Si(111)-7x7 surface : Contribution of short range force to the images"Phys.Rev.Lett.. 89. 266105(1)-266105(4) (2002)
• [文献書誌] M.Ono, A.Kamoshida, N.Matsuura, E.Ishikawa, T.Eguchi, Y.Hasegawa: "Dimer buckling of the Si(001)2x1 surface below 10K observed by low-temperature scanning tunneling microscope"Physical Review B, Rapid Communication. (発表予定).
• [文献書誌] M.Ono, A.Kamoshida, N.Matsuura, T.Eguchi, Y.Hasegawa: "Arrangement of the dimer structure on the Si(001)2x1 surface observed by low-temperature scanning tunneling microscope"Physica E. (発表予定).
• [文献書誌] Y.Hasegawa, T.Eguchi: "Potential Profile around Step Edges of Si Surface Measured by nc-AFM"Appl.Surf.Sci.. 188. 89-94 (2002)