高指数結晶方位を持つ超平滑基板表面の創製とその微細構造評価

具有高指数晶体取向的超光滑基底表面的创建及其微观结构的评估

基本信息

批准号：
13875030
负责人：
大西直之
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Chubu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでに、フッ化カルシウム(CaF_2)単結晶のフロートポリシング法(FP)による超精密研磨表面が、(111)面のステップ構造で構成されていることが高分解能透過電子顕微鏡(HRTEM)によるナノ構造解析により見いだされた。解析の結果、ステップの間隔は研磨面の(111)面からの角度のずれに依存していることが予想された。機械的研磨のみを行った大型のバルク単結晶でこのような表面構造が実際に確認された例は報告されていない。平成14年度においては更に、この表面ステップの間隔を制御することを目的として、レーザー光を用いて(111)格子面と加工面とのずれを正確に測定し加工を行った。この方法により加工面と(111)面の成す角度を約0.05〜2度の範囲で制御した複数の試料についてFPによる超精密研磨を行い、その表面ステップ構造を走査型プローブ顕微鏡(SPM)で評価した。その結果、研磨表面はほぼCaF_2の(111)面間隔に相当する高さのステップで構成されており、その形状からHRTEMで見いだされた(111)面のステップ構造と一致することが確認された。更に、SPMで測定されたステップ間隔は加工面と(111)面の角度にほぼ対応して変化することが明らかとなった。なお、超精密研磨の予備加工(精密研削)の段階では、結晶内の(111)面に対する研削の向きによって表面粗さが系統的に変化することも明らかとなった。以上の結果より、フロートポリシング法による超精密研磨を用いて、バルク単結晶の高指数面機械加工により、原子レベルのステップが配列した超平滑面を得ることができ、またそのステップ間隔を一定範囲で制御可能であることが示された。ステップのない周期構造を有する面は、本研究計画の期限内で実施した系については得ることができず今後の課題となった。

高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）通过结构分析发现，浮法抛光（FP）的氟化钙（CaF_2）单晶超精密抛光表面由（111）面的阶梯结构组成。。分析结果预测，台阶间隔取决于抛光表面相对于(111)面的角度偏差。目前还没有在仅经过机械抛光的大块单晶中实际确认这种表面结构的报道。此外，2002年，我们使用激光精确测量（111）晶面与加工表面之间的偏差，以控制这些表面台阶之间的间隔。利用该方法，将加工面与（111）面的角度控制在约0.05～2度的范围内，利用FP进行超精密抛光，利用扫描探针显微镜评价表面台阶结构（SPM）。结果，抛光表面由高度大致等于CaF_2的(111)面间距的台阶组成，并且确认其形状与通过HRTEM发现的(111)面的台阶结构相匹配。此外，还发现通过SPM测量的台阶间隔几乎与加工表面和(111)面之间的角度相对应地变化。据了解，在超精密抛光的初步加工（精密磨削）阶段，表面粗糙度根据相对于晶体内（111）面的磨削方向而系统性地变化。由以上结果可知，采用浮法抛光方法对大块单晶高折射率表面进行超精密抛光加工，可以获得具有原子级台阶排列的超光滑表面，并在一定范围内增大台阶间距。结果表明，控制范围是可能的。在本研究项目的期限内进行的系统无法获得具有无台阶的周期性结构的表面，这仍然是一个未来的课题。