京都大学大学院工学研究科 材料工学専攻

1. AFM電圧印加による変化した有機単分子膜被覆シリコンの変成と界面状態評価AFM電圧印加による変化した有機単分子膜被覆シリコンの変成と界面状態評価 ○韓　智元，一井　崇,邑瀬　邦明，杉村　博之 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻

2. FAS OTS NTS ODS Adv. Mater. 14 (2002) 524. Adv. Mater. 11 (1999) 55. 背景 ◇ Self-assembled monolayer(SAM)：特別な制御なしに、厚さ約1-2 nm程度の超薄膜を　均一に形成する  ナノ構造を形成するために最適の材料である。 ◇ 走査型プローブ顕微鏡を用いて局所的に電圧を印加し、ナノスケールで加工。 ◇ 微細な酸化膜の生成の研究(エッチングマスク) ◇ 分子の上にさらに分子を 　吸着させる研究 ◇ 酸化膜の上に他の分子　を吸着させる研究 ◇ しかし、SAMとSPMを用いて、印加電圧によってパターニングを行っているほとんどの　研究において、電圧を印加した領域のSAMと基板の界面の変化について何の情報も得られ　ていない。

3. 目的 SAMとシリコン基板の間にシリコン 酸化膜が有る状態と無い状態 局所部分に電圧を印加 Lateral Force Microscopy (LFM) Kelvin probe Force Microscopy (KFM) Scanning Capacitance Microscopy (SCM) SAM状態と SAM / シリコン界面の状態

4. SAM試料の準備 ODS-SAM ◇ 作製方法 ◇ 形成したSAMの情報 ー 水滴接触角 : 103゜ ー 膜厚 : HD-SAM ◇ 形成したSAMの情報 ◇ 作製方法 1-Hexadecene CH2=CHC14H29 ー 水滴接触角 : 109゜ ー 膜厚 : 180 度、2時間

5. AFMパターニング

6. 測定方法 LFM KFM 表面摩擦の変化を測定。 表面の局所的な部分に蓄積された電荷の ドメインを測定。 SCM 絶縁膜と半導体間の界面の電荷の分布と局所部分のキャパシタンスの変化を測定。 特定部分のキャパシタンスの変化、すなわちdc/dvを測定すれば、n-型シリコンのカーブのピークは下凸となる。酸化膜または酸化膜と半導体の間の界面に負電荷のトラップが起ればdc/dvのピークは左側に移動する。

7. 結果および考察 LFM KFM SCM ODS-SAMが吸着した基板 9Vだけ酸化膜の 生成 すべての領域で電荷のトラップ HD-SAMが 吸着した基板 6Vから酸化膜の 生成 酸化膜がある部分のみ電荷のトラップ

8. 結果および考察 ODS-SAMが吸着した基板 印加電圧(1-8 V) (9 V) HD-SAMが 吸着した基板 (6-9 V) 印加電圧(1-5 V) LFM測定で、ODS-SAMとHD-SAMの膜厚差と酸化膜の有無によって、SAMの分解や酸化膜の生成が起こる電圧に差が生じることがわかった。 KFM測定で、ODS-SAMが吸着された試料ではAFMプローブから注入された電荷がすべての領域でトラップされたが、HD-SAMが吸着された試料では酸化膜が生成した部分でだけ電荷のトラップが起った。 SCM測定で、酸化膜がなければ電荷のトラップが起らないことがわかった。KFMの結果でも同様にODS-SAMとHD-SAMの両方の試料において酸化膜または酸化膜とSAMの界面に電荷のトラップが起こると考えられる。

9. 結果および考察 基準(0 V): 電圧を印加しない場合のdc/dvカーブのピーク 印加された電圧が大きくなるにつれてカーブ のピークが左に移動 酸化膜または酸化膜とSAMの界面に 負電荷がトラップ 1Vから5Vまでの電圧が印加された部分 のカーブのピークは0Vの場合とほとんど一致 酸化膜がなければ電荷のトラップが起らない

10. まとめ LFM、KFM、SCMを用いて電圧が印加された部分のSAMおよびSAMと界面の変化を観察した。 ODS-SAMとHD-SAMの膜厚差と酸化膜の有無によって、酸化膜の生成の電圧差が起こることがわかった。 酸化膜がなければ電荷のトラップが起らないことがわかった。 KFMとSCMを用いることで、LFMだけではわからなかった電荷トラップ現象を検出できた。このように、有機薄膜と半導体間の界面の電気的特性研究にKFMとSCMを用いることは重要である。