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本研究の目的は、走査型プローブ顕微鏡（SPM）の一種で材料表面の電位や仕事関数をナノスケールで観察できるケルビンフォース顕微鏡（KFM）に、強度変調した光照射を組み合わせることで、半導体材料内部におけるキャリアの動的挙動を高分解能でマッピングする手法の確立を目指すものである。本研究は、以下のフェーズ1、2に従って実施する計画となっている。
フェーズ１：変調光照射機構と変調光応答成分抽出回路の既存KFM装置への組込み
フェーズ２：各種半導体デバイスにおける表面電位光応答マッピング
本年度は実施計画のフェーズ１において、従来型のKFM装置に変調光照射機構を付加したシステムにおいて、光の変調周波数に対応した信号の取り出しと処理の検討、光応答の2次元マッピング描画の検証を行った。
検討の結果、試料の表面電位信号は、KFMシステムにて静電気力による振動の零点を得るようサーボをかけたDCオフセット電圧を外部に取り出し、その中から変調光に対応した周波数成分をロックインアンプで増幅・抽出する構成とした。
スパッタリング法を用いて作製した酸化チタン薄膜を試料として、変調照射光に対する表面電位応答の検出ができているかの検証実験を行った。酸化チタンはバンドギャップが約3eVの酸化物半導体であり、その値に対応した紫外線領域での光応答を確認できた。ロックインアンプで増幅された変調光周波数に対応した電位変化信号をSPM装置の外部入力端子へ入力することで、プローブ掃引に対応した光応答の2次元マッピングが既存SPM装置付属のアプリケーションソフト内にて可能であることを確認した。
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