高分解ソフトプローブによる有機分子性結晶-半導体ヘテロ層の原子レベル評価

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15201022
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 長尾 忠昭 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (40267456)
• 研究分担者: 藤川 安仁 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70312642) ; サドウスキー J. T. 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (40333885) ; 櫻井 利夫 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20143539) ; 高村 由起子(山田 由起子) 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90344720)
• キーワード: III-V族化合物半導体 / 超薄膜 / MBE / 結晶成長 / STM / 金属コンタクト

研究概要

本研究では、当研究グループで半導体-半導体、半導体-金属エピタクシーにおいて電界イオン-走査トンネル顕微鏡(FI-STM)を中心として蓄積されてきたこれまでの豊富な知見をベースとして、"分子層レベルのエピタクシー制御"が可能なOMBE法により、良く構造規定された金属ナノ薄膜テンプレートへの高品質有機エピタクシャル超薄膜の作製とその原子レベルの構造・物性の解明を行うことを目的とした。実験手法手としては、高感度低速電子ソフトプローブである高分解電子エネルギー損失分光装置(HREELS)、スポット分析低速電子回折(SPA-LEED)、超高真空STM装置などを駆使し、精緻に制御された新しい超薄膜の作成を目指した。昨年度は、半金属ビスマスの高い2次元成長の特徴を生かし、原子レベルで平坦な単結晶ビスマスのナノ薄膜の成長に成功した。この超高結晶性ビスマス薄膜は高い導電性を持つとともに化学的にも安定であり、ペンタセンなどの直鎖状芳香族分子のエピタクシャル単分子膜の単結晶成長に最適であることを明らかにした。さらに、高品質結晶成長の理由として、このテンプレート膜表面の電子密度とダングリングボンド密度の低さが大きく、吸着有機薄膜の拡散長が非常に長いことが起因していることなどを解明した。この知見を元に、様々な電子密度をもつ金属超薄膜をシリコン表面に系統的に用意し、それらのテンプレート表面上にペンタセンなどの発光性有機薄膜の単結晶ナノ薄膜の作成を試み、2次元成長のための指針を得ている。

研究成果

• [文献書誌] S.Yaginuma, T.Nagao, J.Sadowski, A.Pucci, F.Fujikawa, T.Sakurai: "Surface pre-melting and surface flattening of Bi nanoflim on Si(111)-7×7"Surface Science Letters. 547. L877-L881 (2003)
• [文献書誌] Kehui Wu, Y.Fujikawa, T.Nagao, Y.Hasegawa, K.S.Nakayama, Q.K.Xue, E.G.Wang, T.Briere, V.Kumar, Y.Kawazoe S.B.Zhang, T.Sakurai: "Na Adsorption on The Si(111)-(7×7) Surface : From Two Dimensional G as to Nanocluster Array"Physical Review Letters. 91. 12601 (2003)
• [文献書誌] J.T.Sadowski, T.Nagao, M.Saito, S.Yaginuma, F.Fujikawa, T.Ohno, T.Sakurai: "STM/STS studies of the structural phase transition in the growth of ultra-thin Bi films on Si(111)"Acta Physica Polonica A. 104. 381-387 (2003)
• [文献書誌] T.Sekiguchi, T.Nagao, S.Hasegawa: "Transformation dynamics in Ca-induced reconstructions on Si(111) surfac"e-J.Surf.Sci.Nanotech.. 1. 26-31 (2003)
• [文献書誌] R.Z.Bakhtizin, K.H.Wu, Q.Z.Xue, Q.K.Xue, T.Nagao, T.Sakurai: "STM study of Ag film initial stages growth on a GaN(0001) surface grown by MBE"Phys.Low-Dimensional Structures. 3-4. 21-29 (2003)