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Si系デバイスでのスケーリング則に依存しない性能向上技術に注目が集まっている。その中で、Si基板上のGeを新機能電子・光デバイスへと応用する試みがある。本研究では、第一原理的量子シミュレーションを用いて、Si基板上のGe膜中に生じる刃状転位の生成機構と基礎電子物性に関する研究を行っている。本年度では、まず、Si基板上に作成されたGe膜の成長の初期過程おけるエネルギー状態を調べた。その結果、通常ダイマーのミッシング構造が観測されるが、表面が水素化された場合は、これとは異なって、ダイマーのミッシングがない表面構造の方がエネルギー的に安定であることが分かった。次にSi基板とGe膜の界面近傍に存在する刃状転位の転位芯の原子構造を提案し、この提案した転位芯構造において、Ge膜庫に関するエネルギー計算を行った。その結果、Ge膜の層数が十分大きい場合、刃状転位構造のエネルギーが転位の生じていない場合のそれよりも低くなり、刃状転位の生じる可能性があることが分かった。また、刃状転位の転位芯構造に関する電子状態を調べ、STM像を求めた。その結果、転位芯の上方に、ある程度のGe層が積まれた場合でも、STM像上では転位芯に沿った方向に、転位線が現れることが分かった。また、印加電圧の違いにより、STM像上の転位線は明るく見える場合と暗くなる場合があることが分かった。この結果、刃状転位の転位芯は、STMを用いることで原子分解能の検出が可能であると考えられる。
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