研究テーマ・装置

コンビナトリアル材料合成と電子材料開発への適用

　コンビナトリアル薄膜材料合成手法を用いて各種電子材料の開発を進めています。
　独自に開発した手法とソフトウェア制御によりすべての組成を含む3元化合物を1回の合成で実現します。
この手法を用いてゲート酸化膜、金属ゲート材料探索、酸化物系熱電材料探索などで実績を上げています。
　これらの材料の物性や特性の分析に加えて、理論的なアプローチも進めています。
　また、企業との共同研究、産学独連携研究も積極的に進めています。

コンビナトリアル手法による材料合成の原理
　基板回転と移動マスクを自動制御することで3元化合物を高速に合成します。

コンビナトリアル自動合成を可能にするソフトウェア
　汎用性が高く、ユーザーインターフェイスがわかりやすいソフトウェアを目指しています。

　

コンビナトリアル酸化物作製装置
エキシマレーザによるパルスレーザ堆積法(PLD法)を用いています。
ゲート酸化膜探索や酸化物熱電材料の開発に利用されています。

　

Dual Beam コンビナトリアル介在層作製装置
イオンビームスパッタ法を併用することにより、金属系コンビナトリアル薄膜作製に威力を発揮します。
金属ゲート材料探索などを進めています。

高出力パルスエキシマレーザー

　
　

エックス線回折装置
ローター型大出力エックス線発生装置と、二次元検出器の組み合わせにより、高精度かつ高速、多様な測定が可能です。
コンビナトリアル試料、ナノ構造試料など、当グループで作製した様々な試料についての分析を行います。

高機能ナノ立体構造形成技術の開発

　集束イオンビーム堆積法(FIB法)を用いて、配置制御された高機能ナノ立体構造の作成技術の開発を進めています。
　従来技術において、ナノ立体(3次元)構造は、構造の自由度、配列の自由度、位置の自由度が得られていますが、
　さらに「材料の自由度」を上げることで高機能ナノ立体構造の実現を目指します。

集束イオンビーム堆積法(FIB法)
イオンビームによって生じる二次電子のエネルギーを反応エネルギーとして利用するナノ構造作成技術です。
イオンビームの照射部分にのみ構造が形成されます。

集束イオンビームCVD装置
液体Gaイオン源の集束イオンビームと元素ガス供給用のセル、反応性ガス源用のRFラジカルソースを備えています。

GaN系の原料を用いて作製したナノ立体構造

高機能ナノ立体構造の創製
半導体材料のナノ立体構造の作成技術を開発することで高機能ナノ立体構造の実現を目指します。
現在、窒化物半導体を用いた発光素子をターゲットとしています。

超高真空走査型トンネル顕微鏡(STM)装置
基板表面加工から有機分子の精密蒸着および分子構造とその集合体の解析が超高真空中にて一貫して行えます。

＜配列分子の解析と制御 −金属基板上での二次元規則配列・一次元分子鎖・単一分子分散−＞ 　

高対称性ポルフィリン分子はCu(100)基板上で規則性の高い二次元配列を形成します。


置換基を変えることにより、分子の分散状態が大きく変化することを見出しました。
基板テラス上(○部)では孤立分散し、基板ステップエッジ（矢印部）には選択的に吸着して一次元的に配列しています。


単一分子レベルの構造解析により、構造異性体の分離とそれぞれの対称性を解明しました。

＜機能性素子への試み −絶縁基板上での分子配列と機能の発現− ＞ 　

CaF₂/Si(111)基板上に単一分散したC₆₀分子
絶縁薄膜中に単一分散させたC₆₀分子が単一電子素子のクーロンアイランドとして機能します。




CaF₂/Si(111)基板上に一次元配列したC₆₀分子鎖
絶縁基板上に分子を一次元配列させて分子配線の構築を目指します。

積層型分子素子創製装置
超高真空MBE-LEED/AES複合装置です。
基板表面加工から有機分子の精密蒸着、金属・半導体などとの複合薄膜構造の作成および構造・組成の解析が超高真空中にて一貫して行えます。
可動式のマスクおよびシャッターの組み合わせにより、コンビナトリアル手法の適用が可能です。

有機分子を中間電極とした単一電子素子の電流−電圧特性
シリコン基板上に絶縁膜・有機分子・金属電極を連続蒸着することにより作製しました。

光照射による単一電子トンネリング制御
光によって電子のトンネリング過程が変化しうることを見出しました。

単一電子トンネリングの光スイッチング
単一電子光メモリや単一分子光電変換素子などへの応用展開が期待できます。

極薄エピタキシャルアルミナ膜の成長制御
　−MIM電子放出源・MIMセンサー、環境用モデル触媒をめざして−

LEED/XPS/UPS/KP装置

CuAl合金上にエピタキシャル成長したアルミナ膜のLEEDパターン

仕事関数のナノ計測・制御と分子吸着サイトの制御
　−ナノ構造表面では吸着・表面反応が変わる−

Au(111)再構成表面のSTM・LBH（局所トンネル障壁高さ）像

ナノピットのあるAu表面のSTM・LBH像