| 研究概要 |
共有結合性結晶であるダイヤモンドでは,表面のダングリグボンドが表面物性に大きな影響を及ぼす.このダングリグボンドを終端する元素が水素の場合には,負の電子親和力・優れたp型半導体特性・撥水性を示すのに対して,酸素の場合には,正の電子親和力・高い絶縁性・親水性を示す.この表面電気伝導を利用して,電界効果型トランジスターなどの電子デバイスが試験的に作製されているが,表面構造をナノレベルで制御する方法は未だ確立されていない.一方,電子線衝撃による表面吸着物が脱離する現象を用いることで,Si半導体プロセスによるパターンの電子線描画と同様に,パターン化した脱離を行うことも原理的には可能である.この際に,雰囲気制御した電子線解離反応によりナノレベルでの吸着が可能となるとも考えられるが,これらの点について研究した前例はない.以上から,本研究では,ダイヤモンド表面の電気伝導特性を変化させる終端原子(水素・酸素)に着目し,走査型プローブ顕微鏡を利用した電子衝撃反応を用いて,ダイヤモンド表面への原子の吸着・脱離過程について動的に測定することを目的とする.
本年度は,雰囲気制御走査型プローブ顕微鏡内でダイヤモンド表面を水素終端,酸素終端処理を行うための基礎的な処理条件について検討を行った.CVDにより合成された多結晶ダイヤモンド試料を超高真空反応層に設置した後,試料温度を設定値に保った状態下で,水素または酸素分子をドースすることにより,試料表面での気体分子の熱解離反応を利用した終端構造の作製を行った.試料表面をオージェ電子分光法および熱脱離測定法を用いて調べ,試料表面の全てのダングリングボンドが終端される条件を明らかとした.このようにして求めた条件により水素終端した単結晶ダイヤモンドを環境制御形走査プローブ顕微鏡内に導入し、終端表面の電子線衝撃による脱離について検討を行った.ある条件の下で複数回の探針走査を行った後電流像を観察したところ,電気伝導性を示す水素終端表面とは異なる状況が観察されたことから,探針走査により脱離が起きていることを確認した.
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