金属の吸着した半導体表面の原子配列構造及び電子状態と電気的特性との関連の解明

阐明吸附有金属的半导体表面的原子排列结构、电子状态和电特性之间的关系

基本信息

批准号：
04640328
负责人：
長谷川修司
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1992
资助国家：
日本
起止时间：
1992 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、半導体表面構造及びその上のエピタクシャル金属超薄膜の構造と、その電気的特性(表面電気伝導やホール効果など)の関連を明かにすることを目的とする。表面・薄膜の構造やエピタクシャル成長を原子レベルで解析・制御しながら、その電気的特性の測定をその場(in‐situ)で同時に行うことに本研究の特徴がある。これにより、表面・界面の単原子層程度の構造に敏感に依存した物性の発現を捉えることができ、新しい機能デバイスの基礎を築く可能性がでてくるものと期待している。本研究期間中の研究成果の概要は以下の通りである。1.新しい超高真空RHEED(反射高速電子回折)用試料ホルダーを設計・製作した。それは、室温から1500Kまでの範囲で試料温度を変えられ、さらに試料に磁場を印加でき、RHEED観察とともに試料の電気抵抗とホール係数を同時に測定できるように工夫されている。2.室温に保たれたSi(111)表面上に金属(Ag、Au、In、Pbなど)を連続的に蒸着する過程でのSiウエハ全体の電気抵抗が、基板表面の構造に敏感に依存して変化することを見いだした。表面のわずか1、2原子層の構造の差異がバルクSiの電気伝導に著しい影響を及ぼしているのである。これは、原子尺度での構造の差異がSi表面の電子状態を変え、さらには表面空間電荷層のキャリアー密度を増減させ、巨視的な電気的特性を変化させていることによると思われる。この発見は、学問的な重要性は勿論のこと、デバイスへの応用という観点からも重要な発見であると考えている。3.金属蒸着中におけるRHEED観察、表面電気伝導の測定と同時にホール係数の測定も同時に行い、抵抗の増減にみあったキャリアーの増減が観測された。これにより、表面におけるバンドの曲がりの変化とそれによる表面空間電荷層内のキャリアー濃度の変化を捉えたことになる。

这项研究的目的是阐明半导体表面结构、其上外延金属超薄膜的结构与其电性能（表面导电、霍尔效应等）之间的关系。这项研究的一个显着特点是，在原子水平上分析和控制表面和薄膜的结构和外延生长的同时，我们同时原位测量它们的电性能。我们希望这将使我们能够理解敏感地依赖于表面和界面上单个原子层结构的物理特性的表现，从而为构建新功能器件的基础创造可能性。现将本研究期间的研究成果总结如下。 1.我们设计并制造了一种用于超高真空RHEED（反射高能电子衍射）的新型样品架。它的设计能够在室温至1500K范围内改变样品温度，对样品施加磁场，并在RHEED观察的同时测量样品的电阻和霍尔系数。 2. 在室温下的Si(111)表面连续沉积金属（Ag、Au、In、Pb等）的过程中，整个Si晶片的电阻敏感地依赖于衬底的结构我发现它发生了变化。表面上一层或两层原子层的结构差异对块体硅的电导率有显着影响。这被认为是因为原子尺度上的结构差异改变了Si表面的电子状态，进而增加或减少了表面空间电荷层中的载流子密度，从而改变了宏观电学性质。我们相信这一发现不仅在学术上很重要，而且从设备应用的角度来看也很重要。 3.同时进行金属沉积过程中的RHEED观察、表面电导率测量和霍尔系数测量，观察载流子的增加或减少对应于电阻的增加或减少。这使我们能够捕获表面能带弯曲的变化以及由此产生的表面空间电荷层内载流子浓度的变化。