電気化学トンネル分光法による固体/溶液界面の電子状態の決定

通过电化学隧道光谱测定固/溶液界面的电子态

基本信息

批准号：
06740428
负责人：
叶深
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06740428/
关键词：
電気化学トンネル分光測定トンネルバリヤ高さ GaAs

项目摘要

本研究は真空中での走査型トンネル分光法(STS)に対応した電気化学トンネル分光法を開発し、金属及び半導体単結晶電極/溶液界面の電子物性を電気化学条件下で決定することを目的に行なっている。平成6年度に交付された奨励研究費により、サンプリングホールド回路をNano Scope Iに組み込みなどの改造により、バイアス一条件下で探針と試料間の距離を変化させたり、探針-試料距離一定条件下でバイアスを走査したりすることが可能となった。さらに試料と探針の電位はバイポテンショスタットで独立に制御し、真空中での測定とは異なり、試料及び探針のフェルミ準位を各々規定しての測定が可能である。電気化学トンネル分光システムの構築を完成した。このようなシステムを用いて、半導体および金属単結晶電極についての電気化学トンネル分光測定を行った。a.半導体単結晶電極:n型およびp型GaAs(100)で観測されたトンネル電流の挙動は電極電位や探針電位やド-ピング密度などに強く依存することが確認された。n-GaAsの場合、フラットバンド電位より負電位側では、n-GaAsから探針の空準位へのトンネル電流が流れるが、電位がフラットバンド電位より正になると、トンネル電流が流れなくなった。これは空間電荷層が形成されたのである。電位をさらに正にしていくと、+2V付近からの逆向きの電流がわずかに流れ始めた。これは探針のフェルミ準位付近でのGaAsの空間電荷層の厚みが薄くなった結果、探針からGaAsの伝導帯への電子のトンネリングが可能になった結果であろう。この際表面準位が重要な役割をはたしている事を種々の表面処理の効果により確かめた。b.金属単結晶電極:Pt(111)とAu(111)の電気化学挙動を確認しながら、トンネル電流の距離依存性を測定し、平均バリヤ高さを見積もった。測定条件の改良を重ねた結果、電気化学条件下で決定したPt(111)及びAu(111)の平均バリヤ高さは0.50〜0.60eVとなり、前年度で報告した結果より高い値となるが、いずれも白金や金の仕事関数より小さい値となった。このほかI-V曲線や表面修飾効果の測定も行った。現在、面内におけるトンネルバリヤ高さの二次元的な分布を測定するために、ハードとソフトの開発を進めている。

本研究的目的是开发一种与真空中的扫描隧道光谱（STS）兼容的电化学隧道光谱方法，并确定电化学条件下金属和半导体单晶电极/溶液界面的电子特性。 1994 年授予的研究经费用于修改 Nano Scope I，将采样和保持电路合并到 Nano Scope I 中，允许在一种偏置条件下改变尖端和样品之间的距离，以及尖端和要在恒定条件下固定的样品现在可以扫描底部的偏差。此外，样品和尖端的电势由双恒电位仪独立控制，并且与真空中的测量不同，可以通过分别定义样品和尖端的费米能级来进行测量。完成电化学隧道光谱系统搭建。使用这样的系统，我们对半导体和金属单晶电极进行了电化学隧道光谱测量。 a. 半导体单晶电极：已证实在 n 型和 p 型 GaAs(100) 中观察到的隧道电流行为很大程度上取决于电极电位、尖端电位、掺杂密度等。在n-GaAs的情况下，当电位比平带电位更负时，隧道电流从n-GaAs流到尖端的空能级，但是当电位变得比平带电位更正时，隧道电流不再流动。这是由于空间电荷层的形成。当电位变得更正时，轻微的电流开始从+2V左右沿相反方向流动。这可能是由于尖端费米能级附近的砷化镓空间电荷层变薄，使得电子可以从尖端隧道穿至砷化镓的导带。在这种情况下，通过各种表面处理的效果证实了表面状态发挥着重要作用。 b.金属单晶电极：在确认Pt(111)和Au(111)的电化学行为的同时，我们测量了隧道电流的距离依赖性并估计了平均势垒高度。由于测量条件的反复改进，电化学条件下测定的Pt(111)和Au(111)的平均势垒高度为0.50至0.60 eV，高于前一年报告的结果。小于铂和金的功函数。此外，我们还测量了I-V曲线和表面改性效果。我们目前正在开发硬件和软件来测量隧道障碍物高度在平面内的二维分布。