Ｓｉ，Ｇｅ表面反転層サブバンド構造の異方性と歪みによる物性制御

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22540332
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 琉球大学
• 研究代表者: 稲岡 毅 琉球大学, 理学部, 教授 (40184709)
• 研究分担者: 武田 さくら 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (30314537) ; 柳澤 将 琉球大学, 理学部, 助教 (10403007)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: Si, Ge / バンド / 異方性 / 歪み / 表面反転層 / 表面・界面物性 / 半導体物性

研究概要

Si、Ge のバンド異方性と印加した種々の歪みの方向、伸縮のシナジー効果により、バンド構造が顕著に変化する。Si価電子帯について、歪みにより誘起されるバルクバンド、表面サブバンドの異方性を解析し、ホ－ル移動度の向上に寄与する歪みを探索した。また、結晶単位胞内の２つの原子の相対変位（内部歪み）がバンドに及ぼす顕著な効果を明らかにした。
Geの間接-直接バンドギャップ転移を起こす１軸伸張の方向、２軸伸張の面方位を見出し、転移が起こる歪み量を評価した。
角度分解光電子分光法でSi価電子帯を測定し、２軸伸張により小さい面内ホール有効質量を持つバンドが価電子帯頂上に持ち上がることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Internal-strain effect on the valence band of strained silicon and its correlation with the bond angles (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Inaoka, S. Yanagisawa, and Y. Kadekawa
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.115, 063702 ページ: 14
  • DOI: 10.1063/1.4864217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exchange-correlation and temperature effects on plasmons in strongly-correlated two-dimensional electron systems : Finite-temperature local-field-correction theory combined with angle-resolved Raman spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Inaoka, Y. Sugiyama, and K. Sato
  • 雑誌名: Physica Status Solidi B 巻: Vol.251, no.5 ページ: 980-990
  • DOI: 10.1002/pssb.201350147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lattice distortion of porous Si by Li absorption using two-dimensional photoelectron diffraction (2014)
  • 著者名/発表者名: E. S. A. Nouh, S. N. Takeda, F. Matsui, K. Hattori, T. Sakata, N. Maejima, H. Matsui, H. Matsuda, T. Matsushita, L. Tóth, M. Morita, S. Kitagawa, R. Ishii, M. Fujita, K. Yasuda, and H. Daimon
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: 49 ページ: 35-42
  • DOI: 10.1007/s10853-013-7799-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] System to measure accurate temperature dependence of electric conductivity down to 20 K in ultrahigh vacuum (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Sakai, S. N. Takeda, and H. Daimon
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 84, 075103 ページ: 6
  • DOI: 10.1063/1.4812336
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropy of the silicon valence band induced by strain with various orientations (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Inaoka, Y. Kinjyo, S. Yanagisawa, and K. Tomori
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.113, 183718 ページ: 13
  • DOI: 10.1063/1.4804412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accurate evaluation of subband structure in a carrier accumulation layer at an n-type InAs surface : LDF calculation combined with high-resolution photoelectron spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Inaoka, Y. Sanuki, and M. Shoji
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: Vol.2, 042149 ページ: 14
  • DOI: 10.1063/1.4768671
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-space mapping of a disordered two-dimensional electron system in the quantum Hall regime (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Hashimoto, J. Wiebe, T. Inaoka, Y. Hirayama, R. Wiesendanger, and M. Morgenstern
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: Vol.334, 012008 ページ: 6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/334/1/012008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmons in Pb nanowire arrays on Si(557): Between one and two dimensions (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Block, C. Tegenkamp, J. Baringhaus, H. Pfnür, and T. Inaoka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.84, no.20, 205402 ページ: 8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.84.205402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of step-state bands on Si(111)√3 ×√3-Ag vicinal surfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Minoda, H. Yazawa, M. Morita, S. N. Takeda, and H. Daimon
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.83 no.3 , 035419 ページ: 7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.83.035419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of surface carrier concentration on valence subbands in Si(111) p-type inversion layers : Angle-resolved photoemission spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: S. N. Takeda, N. Higashi, and H. Daimon
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.82, no.3, 035318 ページ: 5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.82.035318
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-dimensional plasmons in ultrathin metallic silicide wires of finite width (2010)
  • 著者名/発表者名: E. P. Rugeramigabo, C. Tegenkamp, H. Pfnür, T. Inaoka, and T. Nagao
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.81, no.16, 165407 ページ: 5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.81.165407
  • 査読あり
• [学会発表] 伸長歪みによるGeの間接-直接バンドギャップ転移 (2014)
  • 著者名/発表者名: 稲岡毅,古川琢朗,當間涼,柳澤将
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス、神奈川県平塚市
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] 亜鉛フタロシアニン結晶の電子状態の理論的研究:結晶構造・バンド構造に対する分散力の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柳澤将,稲岡毅,山内邦彦,小口多美夫,濱田幾太郎
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス、神奈川県相模原市
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] 高分解能角度分解光電子分光法によるGe(100)表面近傍のバンド構造の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂田智裕、武田さくら、Artoni Kevin Roquero Ang、北川幸佑、久米田晴香、小久井一樹、竹内克行、中尾敏臣、桃野浩樹、前田昂平、大門寛
  • 学会等名: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-(第19回)
  • 発表場所: ニューウェルシティ湯河原、神奈川県熱海市(服部賞受賞)
  • 年月日: 2014-01-24
• [学会発表] Electronic structure on Pb-adsorbed Ge(001) (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sakata, S. N. Takeda, A. K. R. Ang, K. Kitagawa, H. Kumeda, K. Kokui, H. Nakao, K. Takeuchi, H. Momono, K. Maeda, H. Daimon
  • 学会等名: Symposium on Surface and Nano Science 2014
  • 発表場所: 新富良野プリンスホテル、北海道富良野市
  • 年月日: 2014-01-16
• [学会発表] Raman spectroscopy on uni-axially strained silicon (2014)
  • 著者名/発表者名: S. N. Takeda, H. Kumeda, K. Maeda, H. Momono, K. Takeuchi, H. Nakao, K. Kitagawa, T. Sakata, A. K. R. Ang, and H. Daimon
  • 学会等名: Symposium on Surface and Nano Science 2014
  • 発表場所: 新富良野プリンスホテル、北海道富良野市
  • 年月日: 2014-01-16
• [学会発表] 歪み量測定用UHVラマン装置の構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 久米田晴香,武田さくら,坂田智裕,北川幸祐,小久井一樹,竹内克行,中尾敏臣,前田昂平,桃野浩樹,大門寛
  • 学会等名: 2013年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場、つくば市
  • 年月日: 2013-11-27
• [学会発表] 超薄膜Silicon on Insulator(SOI)の表面構造と電子状態 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小久井一樹,武田さくら,坂田智裕,北川幸祐,久米田晴香,大門寛
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学、徳島市
  • 年月日: 2013-09-27
• [学会発表] シリコン価電子帯に及ぼす内部歪みの効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 稲岡毅、柳澤将,嘉手川千央
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学、徳島市
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] Effect of indium deposition on the hole subband of Si(111) surface (2013)
  • 著者名/発表者名: N. I. Ayob, S. N. Takeda, M. Morita, T. Sakata, and H. Daimon
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: 同志社大学、京都府京田辺市
  • 年月日: 2013-09-19
• [学会発表] 歪み印加マニピュレータの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 武田さくら,坂田智裕,山谷寛,Nur Idayu Ayob,北川幸祐,小久井一樹,久米田晴香,谷川洋平,大門寛
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学、東広島市
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] シリコンバンド構造の異方性と歪みの効果II (2013)
  • 著者名/発表者名: 稲岡毅、金城悠希、柳澤将
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学、東広島市
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Initial stage of metal adsorption on Si(111) : Real time monitoring by RHEED (2013)
  • 著者名/発表者名: S. N. Takeda, Y. Ohnishi, Y. Tanaka, S. Yasui, K. Matsuta, K. Shima, H. Daimon
  • 学会等名: Symposium on Surface and Nanoscience 2013 (SSNS'13)
  • 発表場所: Zao, Yamagata
  • 年月日: 2013-01-17
  • 招待講演
• [学会発表] ARPES measurement of valence band structure in strained silicon (2012)
  • 著者名/発表者名: S. N. Takeda, H. Tabata, T. Sakata, N. I. Ayob, N. Maejima, H. Matsuoka, H. Daimon, T. Inaoka, T. Tezuka, T. Katayama, and M. Yoshimaru
  • 学会等名: 12th International Conference on Electron Spectroscopy and Structure (ICESS-12)
  • 発表場所: Saint Malo, France
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] ゲルマニウムバンド構造に及ぼす歪みの効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 稲岡毅、田中春奈、柳澤将
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学、横浜市
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] Effect of biaxial tensile strain on silicon valence band dispersion (2012)
  • 著者名/発表者名: S. N. Takeda, H. Tabata, T. Sakata, N. I. Ayob, N. Maejima, H. Matsuoka, T. Inaoka, K. Arima, T. Tezuka, T. Katayama, M. Yoshimaru, T. Imamura, and H. Daimon
  • 学会等名: 31st International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2012)
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2012-08-02
• [学会発表] シリコンの伝導帯、間接バンドギャップに及ぼす歪みの効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 稲岡毅、喜舎場英吾、友利和也
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学、富山市
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Si(110)表面反転層ホールサブバンドの構造:歪みの効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松川憲司、稲岡毅
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学、富山市
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] 歪みシリコンの価電子帯分散構造の実験的解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 武田さくら、田畑裕貴、坂田智裕、Nur Idayu Ayob、有馬健太、澤野憲太郎、稲岡毅、手塚勉、片山俊治、吉丸正樹、今村健、大門寛
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学、富山市
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] シリコンの価電子帯分散構造の2軸引っぱり歪みによる変化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 武田さくら、田畑裕貴、坂田智裕、アヨブヌルイダユ、前島尚行、松岡弘憲、稲岡毅、有馬健太、澤野憲太郎、手塚勉、片山俊治、吉丸正樹、今村健、大門寛
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学、山形市
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 高分解能角度分解光電子分光による高不純物濃度Pb/Si(001)のホールサブバンド測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田畑裕貴、武田さくら、森田誠、松岡弘憲、吉丸正樹、大門寛
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: (当初予定は新潟大学、新潟市、震災のため、概要集と資料公開サイト)
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] Si(001)表面反転層ホールサブバンドの構造:歪みの効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 稲岡毅、松川憲司
  • 学会等名: 日本物理学会2010年秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学、堺市
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] Si(110)p型反転層中のサブバンドの分散構造 (2010)
  • 著者名/発表者名: 武田さくら、山中佑一郎、田畑裕貴、松岡弘憲、森田誠、大門寛、吉丸正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2010年秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学、堺市
  • 年月日: 2010-09-23
• [備考] 稲岡・柳澤 表面・界面物性研究室の紹介(物理系研究室一覧をクリック)
  • URL: http://www.phys.u-ryukyu.ac.jp/wiki/
• [備考] 武田 凝縮系物性学研究室の総合サイト
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/daimon/index-j.html