HREELS-STMによる表面局所構造の電子状態の研究
著者
須藤 彰三
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.. rHREELS-STMによる表面局所構造の
電子状態の研究 ・
(研究課題番号 08454072)
平成8、 9、 1 0年度科学研究費補助金(基盤研究(B)(2))
研究成果報告書
平成11年3月
研究代表者 須藤彰三
一 (東北大学 大学院理学研究科 助教授)
は しがき
本研究報告書は、平成 8 年∼平成1 0年度文部省科学
研究費補助金基盤研究(B) (2)の援助を受けて宿った
FH RE E L S_S T Mによる表面局粛構造の電子状態の研究』
について の成果 を ま とめた も ので あ る。
近年、物性物理学(凝縮系の物理)の1つの方向と して、
原子や分子を操作して、任意の原子スケ`-ルの構造を作り・
そ こに生じる物理現一象を探究しよ う という 動きが広がって
いる。こ の動きは、走査ト ンネル顕微鏡(S TM)に代表
される原子レベルの分解能を持つ走査プローブ顕微鏡の最
近の発達に大き く 依存している。私達はこ の流れのなかで、
s TMで親察される原子配置とその背後にある結合状態や
表面のポテンシャルを研究するために、高分解能電子エネ
ルギー損失分光法(H RE E L S)とS TMの複合測定装置
H RE E L S_S T Mを開発してきた。本研究では、この複合
測定装置を用いることによって・ (1) C60分子とシリ
コン表面の相互作用、 (2) C60、 C70分子を前駆体と
した炭化ケイ素(Sic)薄膜の形成過程、 (3)
Ag(110)表面の(-Cu一〇一)一次元鏡と(Cu)6クラスタ
ーの形成過程、 (4) Si(111)7X7表面の酸素分子の反
応過程を明らかにした。さ らに、 H REELS-S TMの有効
性 と可能性を示す こ とができた。
最後に、本研究の成果は発表論文に共著者として記され
た多く の研究者、大学院生の努力と協力の下に得られたも
のである こ とを申 し添え、こ こに感謝の意を表します。
研究組織
研究代表者:須藤彰三 一(東北大学大学院理学研究科 助教授)
研究分担者:内田和書男(東北大学 大学院理学研究科 教授)
坂本一之(東北大学 大学院理学研究科 助手)
研究経費
平成 8年度
平成 9年度
平成1 0年度
計
6、 000千円
700千円
800千円
7、 500千円
研究発表
(1)学会誌等
1. S. Suto, A. KastTya, C.-W. Hu, A. Wawo, T. Gotoand Y. Nishin: l
Vibra血onalProperdes and Structure of C60 仙in Fib on Si(1 1 1) and GTalPhite SurfTaces,
Surf. Rev.LetL 3 (1996) 927-932.
2. C.-W. Hu, A. Ebuya, S. Suto, A. Wawro and Y. Nishin:
Absorption and Reaction of C60 0n Si(1 1 1) SurfTace:
A Combined Study by HREELS and STM,
Std. Rev.LetL 3 (1996) 933-936.
3. C.-W. Hu, A. Kasuya, S. Strto, A. Wawro and Y. Nishina:
Stdace Structure of 3C-Sic(1 1 1) Fabricated by C60 Precursor: A Scanning Tunneling
Microscopyand HighResolutiOn Electron Energy Loss Spectroscopy Study,
J. Vac. Sci. Teclmol. B14 (1996) 93i-942.
4. C.二W.Hu, A. Ehya, S. Suto, A. WaⅥ汀0 md Y. Nishizu:
SurLTace Structure of 3C-Sic(1 1 1) Grownon Si(I 1 1) Surface by C60 Prectmr,
Appl. Phys.Lett. 68 (1996) 1253-1255.
5. K. S血moto, S. Sutoand W. Uchida:
MolecularPrecursor of Oxygen on Si(1 1 1)7Ⅹ7 SurtTace,
SurtTace Science 357B58 (1996) 514-5 17.
6. A. Kasuya, C.-W. Hu, R. Czaika, S. S山o皿d Y. Nishina:
Fabricaldon and Modificaltion of Microclt&r La;td伏System,
Proc. Ofthe Science and Technology ofAtomically Enginewed Materials,
eds. P. Jena, S.N. Kbmna ad B.K.鮎0, (Ⅶbdd SciendLic, Singapore, I 996) pp・ 77-83・
7. S. Suto, A. KastqTa, C・-W・ Hu, A・ W帥汀0, K・ Sakanoto, T・ Goto and Y・ Nishina:
hitialStage ofC60 FilmGrod md Reaction on Si(1 1 1)7X7皿d Graphite Stdaces
Studied by HREELS-STM,
Thin Solid Fib 281/282 (1996) 602JO5.
8. S. S山0, A. KaslⅣa, C.-W. H叫A. Wawo, K. S血moto, T. Wakita, T・ Goto
znd Y. Nishina,
LocalStructtm and ChemiCalReacdon of C60 Films on Si(1 1 1)7Ⅹ7
Studied by HREELS-STM,
Mater. Sci. Eng. A217/218 (1 996) 34-37.
9. K. Sakamoto, T. Suzuki, T. Wakita, S. Suto, C.-W. Hu, T. Ochiai, and A. Kasuya:
SiC FilmFornaldon丘om C60 Monol町α On Si(1 1 1)7X7and Si(100)2Xl SurfTaces
Studied by HREELS-STM,
10・ K・ Sakanoto, T・ Wakita, T・ Suzuki, S・ Suto, C・-W・ Hu, and A・ Kasuya:
Tbe Qtdibr of Sic FilmFonned by ¶1即ml Reacdon of C60 Monohyer on Si(1 1 1)-(7Ⅹ7) S血e,
Sci・ Rep・ RITU A44 (1997) 55-58.
I 1・ S・ Suto, K・ Sakanoto, T・ W止ita, C・一W・ Hu皿d A・ Kastwa:
VibmdonalProperdes and Ch町ge Transfer of C60 Adsorbed on Si(1 1 1)-(7Ⅹ7)皿d
Si( I 00)-(2X 1 ) Surhces,
Phys. Rev. B56 (1997) 7439-7445.
12・ Y. Matstnoto, K. Sakamoto, Y. Okawa, S. StdD and K. Tanaka:
TtLe Gmw血Mechmism of(-Cu-0-) Sdngs on Ag(1 10) Stuqied by Scanning TtJ皿eling .Microscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy皿d HighResolutiOn Electron Energy
Loss Spectroscopy,
J・ Chem. Phys. 107 (1997) 10185-10190.
13・ S・ Suto, K・ Sakanoto, T・ Wakita, M・ Harada and A・ Kasuya:
hterac也on of C60with Silicon D叫gling Bonds onthe Si(1 1 1)-(7Ⅹ7) Stdace,
Suiface Science 402-404 (1998) 523-528.
14・ K・ S血moto, M・ Handa, H・Ashina, T・ Suzuki, T・ Wakita, A・ bya and S・ Suto: SiC Isl皿ds Grownon Si(1 1 1)-(7X7) md Si(100)-(2Xl) Stdaces by C60 Precursor,
J・ Electron Spectrosc. Reht. Phenom. 88-91 (1998) 897-903.
15・ K Sakamoto, T・ Suzuki, M・ Hhrada, T・ Wakita, S・ Suto nd A・ Bhya:
SiC FilmFomaltion皿d Grow血by the ThemalReaction ofa C60 FilmAdsorbed on
a Si(1 1 1)-(7Ⅹ7) Surface: Bonding Nattqe ofC60 Molecules and Sic-film SurtTace
Phonons,
Phys. Rev. B57 (1998) 9003-9014.
16・ K. Sakamoto, M. H血ada, D. Rondo, A. Kimura, A. Ehkizakiand S. Sdo: Bonding State of the C60 Molecule Adsorbed on a Si(1 1 1)-(7Ⅹ7) S血e,
Phys. Rev. B58 (199i) 13951113956.
17・ A・ Kiuuya, C・-W・ Hu, S. Suto, K Tohji, H. Takahashi, a Czaika, A. Wawo
and Y. NishirLa:
ChemiCalReacdozLS皿d Electronic Funcdons of Caibon Cluster Jhys Studied by scムnning Tuzneling Spectroscopy and HighResoludon Elecbn Energy Loss
Spectroscopy,
Acta Physica Polonica A93 (1 998) 3 17-322.
18. S.Suto:
VibradonalModes and Structure of C60 0n Si(I 1 1)7Ⅹ7 md bphite SurfTaces:Study by
HREELSand STM, in ChLSteTTS and Mesoscopic Mah・eials-Physical and Chemical
Propel'ties-, eds・ T・ Ami, K. Yamamoto,G. Sug皿0, ( Ko血sha-Scientific/Sp血ger,
19・ K. S血moto, D. Kondo, Y. Ushimi, M. H血ada, A. hura, A. Ehkizaki and S. Suto:
Thimalhduccd Trzuuidon in Bonding Nature of C60 Molecules Adsorbed
on a Si(1 1 1)-(7Ⅹ7) Surface,
J・ Electron Spectrosc・ Reht. Phenom., in press.
20. K. SakzLmOtO, D. Rondo, M. Handa, A. Kintqa, A. EAkizaki and S. Suto:
Electronic Structtm of C60 A血orbed on Si(1 1 I.)-(7Ⅹ7) and Si(1 00)-(2Xl) Su血es,
SurfTace Science, in press.
21. T. W止ita, K. S血oto, A. Ehya, Y. Nishina and S.Suto:
Adsozption ind ThermalReaction of C70 0n Si(1 1 1)-(7Ⅹ7) and Si(100)-(2xl) SurLTaces:
ComparisonwithC60,
- - Appl. Surf. Sci., in press.
22. S.Suto, K. S血moto, D. Rondo, T. Wikita, A. hLLra皿d A. Ehkizaki:
Bonding Nature ofC60 Adsorbed on Si(1 1 1)-(7Ⅹ7) and Si(100)-(2Ⅹ1) Surfaces Studied by
HREELS and PES,
SurLTue Science, in press.
23. D. Rondo, K. S血moto, Y. Ushimi, M. Harada, A. Ehura, A. Xhkizaki and S. Suto: Ch叫ge in Electronic Structure of C60 Molecules Adsorbed Si(00 1 )-(2Xl ) Surface
by ThernalEffect,
Jpn. J. Appl. Phys., in press.
24. K Sakamoto, D. Rondo, Y. Ushimi, A. hura, A. K毒血盛量and S. Suto:
TLermal-Dependent Electronic Structure art the htertTace of
C60 Adsorbed Si(1 1 1)-(7Ⅹ7) S血,
SurtTace Science, in press.
25. S. Suto, K. Sakanoto, D. Kondo, T. Wakita, A. hura, A. Kakizaki, C.-W. Hu and
A. Kasuya:
Ⅰnt併aCdon of C60with Si(1 1 1)7Ⅹ7皿d Si(100)2Xl SurfibCeS Studied by
STM, HREELS and PES:Amealing Effect
SurtTace Science, in press.
26. K..SakaJnOtO, D. Kondo, Y. Ushimi, M. Handa, A. hura, A. EAkizaki and S. Suto:
Temperattm Dqpendence of the Electronic Structu托Of C60films Adsorbed on Si(001)-(2Xl)皿d Si(1 1 1)-(7Ⅹ7)S也s,
27. 須藤彰三、坂本一之、脇田高徳:カーボン60とシリコン表面の相互作用、
日本物理学会誌、 Vol.53, No.3 (1998) pp. 197-200.
28. 須藤彰三、坂本一之:金属と半導体の酸化初期過程、
まてりあ(日本金属学会誌) 、 Vol.37, No.3 (1998) pp・162-165・ 1
29. 須藤彰三:高分解能電子エネルギー損失分光器と走査トンネル顕微鏡の
複合測定装置、固体物理(アグネ技術) 、 Vol.33, No.7 (1998) pp. 609-616.
30. 須藤彰三: HREELSによるクラスターの振動状態の研究、
超微粒子とクラスター懇談会報田山1. Cluster Sci. Tech.)、 Vol.2, No.1 (1998) pp.9-13・
31..坂本一之、近藤大雄、牛見義光、木村昭夫、柿崎Rh人、須藤彰三:
カーボン6 0吸着シリコン表面の電子状態、
真空(日本真空協会誌)、 Vol.42, No.3 (1999)印刷中.
(2)口頭発表
(国際会議等における発表)
1. S. Suto. K. S血moto, T. W血ta, C.-W. HuandA. Kasuya:
Adsorp也on肌d ChemiCalReachon of C60 on Si(1 1 1)7X7and Si(001) 2Xl Su血ces
Studied by HREELSISTM,
htezTudonal SympositJm On Surface Nan0-Control of EnviromlentalCastalystsand
Rehted Matedals汀okyo, November 25-27, 1996) ・
2. K. Sakamoto, T. W血ta, S. Suto, C.-W. Hu, T. 0地肌dA. Kasuya:
siC Fib Formadon丘om C60 Monohyer on Si(1 1 1)7X7 and Si(001)2xI Surfaces
Studied by HREELS-STM,
htemadonal SymposiumOn Surface Nan0-Control of Envirormental Castalysts孤d
R由ted Materials Crokyo, November 25-27, 1996) ・
3. S. Suto, K. S血moto, T. Wakita, C.-W. Hu and A. Kasuya:
Adsorption and ChemiCalR飽Chon of C60 on Si(1 I 1)7X7 and Si(001) 2Xl Su血ces
Studied by HREELS-STM,
Workshop on Nan0-Scale Structur6 and Properdes at herfhces
(Sendai, Januazy 21-22, 1997)・
4. K. Sakamoto, T. W血, S. Suto. C.-W. Hu, T. Odniai肌dA. Kasuya:
siC FilmFormadon hm C60 Monohyer on Si(1 1 1)7Ⅹ7孤d Si(001)2xI Surfaces
Studied by HREELS-STM,
Workshop on Nan0-Scale Structt-and Properdes at hte血C岱
(Sendai, January 21-22, 1997) ・
5. S. Suto, K. Sakamoto, T. Wakita, M. Hamda, A.Ashima, C.-W. Huand A・ Kasuya:
vibradonalProperhesand hteracCon of C60withD打喝血g Bonds on Si(I 1 1) 7X7 andSi(001) 2xI Surfaces,
6・ K・ Sakamoto, M・ Hamda, H・Ashima, T・ Suzuki, T・ Wakita, A・ Kasuya amiS・ Suto:
SiC Islzmds Grownon Si(I 1 I)7X7and Si(001)2xI Surfaces by C60 precursor.
7thhtem姐onalConference on Electron Spectroscopy (Chiba, September 811 2. 1 997).
7・ S・ Suto, K・ Sakamoto, T・ W独ita, M・ Hamdaand A・ Kasuya:
Interac也on of C60withSnicJon Dangling Bonds on Si(I 1 1) 7Ⅹ7and Si(001)2xl 、surfhces,
1 7thEuropcm Conference on Surface Science
但nschede, The Netherlands, September 16119, 1997).
8・ K・ Sakamoto, T・ Wakita, C.-W. Hu, A. Kasuyaand S. Suto:
VibradonalProperdeS and Charge Transfer of C60 molecules adsorbed on Si(I 1 1)-(7X7)and
Si(001)-(2xl) Surfaces.
First htemadonalConference on hhterialand Life Sciences in HaJjJlla
Olarima, October 16-.19, 1997).
9. K. Sakamoto, D. Kondo, Y. Ushimi, M. H的da, A. Kimtm, A. Kakizaki and S. Suto:
Thennal Induced Tramsidon in Bonding NatLlre Of C60 molecules adsorbed
on a Si(1 1 1)-(7X7) Surface,
The 1 2thhtemadonlCon托rence on Vamtm Ultraviolet Radiarion Physics
(SanFrancisco, August 3-7, 1998).
10. K. Sakamoto, D. Kondo, M. Hamda, A. KimLLra, A. Kakizakiand S. Suto:
ElecBonic Structures of C60 adsorbed on Si(1 I I)-(7X7)and Si(100)-(2xl) Surfaces,
1 0thhtema也onlConference on Solid Surfaces
O3irmingham, 3 I August -4 September, I 998).
1 1. S.Suto, K. Sakamoto, D. Rondo, T. W血ta, A. Kimm and A. Kakizaki:
Bonding Nature of C60 Adsorbed onthe Si(1 1 I)-(7X7) Surface Studied by HREELS and PES,
10thhtemadonlConference on So止d Surfaces O3止mingham, 3 1 August -4 September, 1998).
12. T. Wakita, K. S血moto, A. Kasuya, Y. Nishirnand S.Suto:
Adsorption iud ChemiCalR飽dion of C60 and C70 onthe Si(1 1 1)-(7X7) Surface,
5thIntemadonlConference on Nanometer-scale Scienceand Teclmology,
田irmingham, 3 1 August -4 September, I 998).
13. S.Suto, K. Sakamoto, D. Rondo, T. Wbkita, A. K血and A. Kakizaki:
Bonding natLJre Of C60 Adsorbed on Si(1 1 1)-(7X7)and Si(100)-(2xl) Surfaces,
9thhtemadonalConference on Vibradons at SurEhces
Olayama, Kanagawa, October 12-16, 1998).
14. T. Wakita, K. Sakamotoand S.Suto:
hterac也on of C70withdlethe Si(1 I 1)7X7and Si(loo)2Xl Surfhcesand Sic FilmGrow血
by ThennalReac也on,9thhtema也onalConference on Vibradons at Surfaces
15. D. Kondo, K. Sakamoto, Y. Ushimi, M. H訂ada, A. Kimura, A. Kakizaki and S. Suto:
ChangeinElecbymic Structure of C60 Molecul岱Adsorbed Si(001)-(2xl) Surface
by ThemnalEffect,
The Second htemadonalConfTerence on Synchrotron Radiadon in Matedals Science.
O(obe, October 31-November 3. 1998).
16. K. Sakamoto, D. Rondo, M. Hamda, A. Kimum, A. Kakizaki孤d S. Suto: I
Coverage-Dependent El∝bnic Structure of C60 molecuks adsorbed
on a Si(1 1 1)-(7X7) Surface,
The Second htemadonalConference on Synchrotron Radiadon h Materials Science,
O(obe, October 31-November 3, 1998).
17. K. Sakamoto, D. Rondo, Y. Ushimi, A. hura, A. Kakizaki and S. Suto,
Themal-pepmdent ElecBonic Structure atthe Interface of C60 Adsorbed Si (1 1 1) 7X7 Surface,
htemaldonal Symposium Qn Surfaceandlmte血e: Properdes of Different SyTrmeby Crossing.
(Tokyo. November 19-21 , 1998).
18. S. Suto, K. Sakamoto, D. Rondo, T. Wakita, A. Kimura. A. Kakizaki. C.-W. Hu
and A. Kasuya:
hteracdon of C60withSi(1 1 1)7X7and Si(100)2xI Surfaces
Studied by STM, HREELSand PES,
htemadonalSymposiumon Surface and hterface: Properdes of Different Symmeby Crossing・
Crokyo, November 19-21, 1998).
19. D. Kondo, K. Sakamoto. Y. Ushimi. M. Hamda, A. hura, A. Kakizakiand S. Suto:
Change in Electronic Structure of C60 Molecules Adsorbed Si(001)-(2xl) Surface
by ThennalEffect.
Workshop on Prospects for STMIRelated Sciences in Coming Decades,
(Sendai, M血13, 1999).
20. K. Sakamoto, M. Hamda, D. Rondo. A. hura, A. Kakizakiand S. Suto:
Coverage-Dependent Electromic Structure of C60 molecules adsorbed
on a Si(1 I 1)-(7X7) Su血ce,