【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】15106001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

表面・界面物性 / 走査プローブ顕微鏡 / 物性実験 / 電子顕微鏡 / ナノ材料 / マルチプローブ顕微鏡 / グリーン関数STM / 表面電気伝導 / 走査トンネル顕微鏡 / 走査電子顕微鏡 / ナノ構造 / 表面構造 / 表面電子状態 / 電気伝導

【研究成果の概要】

1. 極低温4探針型STM(グルーン関数STM)装置システムの開発・建設
これは次のような性能を持つ:(a)超高真空中で稼動し、走査電子顕微鏡と結合して4探針の配置をナノメータスケールで観察できる。(b)試料および探針を7Kまで冷却でき、その温度を20時間維持できる。(c)それぞれの探針で原子分解能のSTM像観察が可能。(d)統合型コントローラによって1台のPCで4本の探針を有機的に駆動・制御できる。(e)多機能プリアンプによって、3つの測定モード(それぞれの探針による通常のSTM/STS測定モード、4探針法による電気伝導測定モード、および2探針によるトランスコンダクタンス(グリーン関数)測定モード)を切り替えできる。このような装置は世界的にみても類例が無い。
2. カーボンナノチューブ探針の開発
直径10nm程度の多層カーボンナノチューブを金属探針の先端に接続して、それ全体をPtIr被覆した導電性探針を開発することに成功した。これによって、探針間隔を最小で20nm程度まで小さくすることが可能となった。PtIrの代わりにパーマロイ(NiFe)の薄膜で被覆すると、強磁性体探針となることもわかった。
3. 応用計測
建設した装置を用いて、さまざまな計測に応用した。直径40nm程度のCoSi_2ナノワイヤの電気抵抗は、室温において、探針間隔が20nmで測定しても拡散伝導であることがわかった。Si(111)-4×1-In表面超構造の電気抵抗の温度依存性を測定した結果、In原子鎖の沿う方向とそれに垂直方向で伝導のメカニズムが異なることがわかった。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2003 - 2006

【配分額】104,780千円 (直接経費: 80,600千円、間接経費: 24,180千円)

【研究分野】表面界面物性

【研究領域課題番号】05452101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

半導体・金属界面 / 表面電気伝導 / 表面超構造 / ホール効果 / 電界効果 / シリコン(111)表面 / RHEED / 空間電荷層 / 半導体・金属・界面 / 表面構造

【研究成果の概要】

昨年度に新しく設計・製作した小型MBE・RHEED装置に、新しい試料ホルダーと電気的測定用超高真空室を結合させた。これによって、(1)構造・組成の解析、(2)表面電気伝導、(3)ホール効果、(4)電界効果の測定に加えて、(5)光伝導もin-situに測定可能なシステムとなった。これを用いて、表面の微視的な原子配列構造・電子状態とその巨視的な電気特性を曖昧さ無く直接的に関連づける研究を昨年度に引続き行った。
まず、表面電界効果の実験から、Si(111)-7×7清浄表面が金属的な表面であり、Si(111)-√<3>×√<3>-Ag表面が半導体的な表面であることが明らかになった。また、7×7清浄表面に酵素を暴露すると、表面の酸化によって金属的な表面がしだいに半導体的な表面に変化しいく過程を電界効果の変化として捉えることができた。また、単色光を照射したときの光伝導度の変化も表面超構造に依存して全く異なる振舞を示した。さらに、Si(111)-√<3>×√<3>-Ag表面を150K程度の低温に維持して1原子層程度のAgを蒸着すると、√<21>×√<21>や6×6構造という表面超構造が形成されることを初めて発見し、しかも、それらの構造の形成・消滅に応じて表面電気伝導度が特徴的に変化することも見いだした。
これらの実験によって、表面空間電荷層が表面構造に依存して変化し、その結果、キャリアー濃度が増減し、表面電気伝導に影響を与える、という解釈の正当性を証明することができた。この様に、原子レベルでの構造と電気特性とを関連付ける研究は、新しいデバイス開発への基礎研究になると期待できる。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1993 - 1994

【配分額】7,500千円 (直接経費: 7,500千円)