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ダイヤモンドは、物質中最高の硬度と熱伝導率を誇り、宝飾品から核融合炉のためのジャイロトロン出力窓まで幅広く応用されている。特に最近は高品質の人工ダイヤモンド合成が可能となり、その優れた化学的性質や電子的特性を利用して、センサーや半導体材料としての応用を目指した研究も進められている。ダイヤモンドの特異な性質の中でも際立っているのは、表面吸着原子によって表面伝導性が大きく変化することであり、この性質を用いた表面デバイスの作製などが試みられているが、表面伝導性のメカニズムなどは未だ不明な点が多く、原子レベルでの表面構造解析及び電子状態評価が望まれる。
本研究の目的は、真の原子分解能を持つ超高真空ノンコンタクト原子間力顕微鏡(UHV-NCAFM)を用いて、謎の多い清浄ダイヤモンド表面の微細構造を明らかにし、ダイヤモンド表面の原子レベルの構造と電子状態に関する知見を得ることである。本年度はC(111)-(2x1)構造のNCAFM観察を目的として、人工合成ダイヤモンドのへき開面に対して、酸処理と水素プラズマ処理を試みた。処理したダイヤモンド試料を超高真空中で加熱した結果、高速電子線回折で2xパターンが観察されたため、清浄表面が得られたと考えているが、酸処理した試料のNCAFM観察の結果、平坦な部分を見つけることは出来なかった。水素プラズマ処理を行った試料についてNCAFM観察を行った結果、部分的に一原子層高さのステップ状構造を確認した。しかしながら、粒状の吸着物が多く観察され、原子分解能観察は困難であった。表面処理条件の最適化が必要であると考えられる。絶縁体に対するNCAFMの性能を確認する目的で、ダイヤモンド同様ワイドバンドギャップ半導体である窒化ガリウムについてNCAFMを行った結果、導電性膜についても絶縁性膜についても同じ構造の高分解能像を得ることが出来た。
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