我々は単分子層の有機半導体薄膜の電気伝導特性を測定する手法として液体金属GaIn探針を開発し、単分子層ペンタセンの電界効果移動度を独立駆動型4探針装置で測定することに成功した。その結果、単分子層ペンタセンの移動度は約0.01cm²/Vsと多層ペンタセンと比べて非常に低く、さらに1Lという少量の酸素曝露によって移動度が80%も減少するという気体分子に非常に敏感な特性を示すことが判明した。

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イオン液体は電気二重層電界効果トランジスタの有効な電解液として期待されているが、有機半導体電極との界面における挙動の理解は未だ十分でない。そこで古典分子動力学計算によって、フラーレン電極との界面におけるイオン液体の電極電位に応じた局所構造を解析したところ、カチオンとアニオンはそれぞれ異なるサイトに局在し、電位極性に応じて存在するサイトを交換することが確認された。

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技術賞受賞講演を行います。

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本講演では，2次元電子デバイス応用を目指したゲートスタック形成技術を中心に発表する．特に，2次元チャネル上へのhigh-k堆積技術及び層状絶縁体h-BNとのヘテロ構造作成技術に関した発表を行う予定である．

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本研究では、MOSトランジスタのゲート絶縁膜で用いられているAl₂O₃、HfO₂およびY₂O₃などの高誘電率(high-k)絶縁膜の電子親和力とhigh-k/SiO₂界面で生じる電位変化についてXPSにより定量する。試料の価電子帯上端位置とバンドギャップを定量することで、電子親和力を求めた。さらに、SiO₂との界面で生じる電位変化量を二次光電子信号より見積もり、O1s信号より求めた原子密度と実測したhigh-k/SiO₂界面での電位変化が線形に相関することを明らかにした。

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高性能GaNパワー素子では、絶縁膜/GaN界面の制御が鍵となる。そこでリモート酸素プラズマCVDにてSiO₂/GaN構造を形成し、化学結合状態や電気的特性を調べた。成膜後、GaN表面の酸化や膜中へのGa拡散は非常に少なく、また良好な界面特性（界面準位密度：~3x10¹¹cm^-2eV^-1）が得られた。これらは急峻な界面形成、および水素等の欠陥終端元素を用いない高品質界面形成の可能性を示している。

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本研究では有機P-N接合界面での励起子挙動の解明のため、Pentacene単結晶上にC₆₀とPnを蒸着し、界面形状の異なる試料を制御して作製した。それらの試料に励起光を照射し、三重項励起子の過渡吸収分光(TAS)計測を行った。この結果、三重項励起子消滅過程は、界面での電荷分離による時定数の短い成分とバルクでの失活による時定数の長い成分に分離でき、界面成分と界面構造の関係の議論が可能となった。

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フィールドエミッタアレイの耐放射線性を調べるために、高エネルギーのX線照射下において動作させ、電子放出特性を測定した。その結果、1.2kGy/hまでのX線照射下であれば、非照射下における電子放出特性と比較して大きな変化がないことが確認された。

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前回、平面電極と単孔レンズを極めて接近させることで焦点距離が非常に短くなることを利用した、発散静電レンズによる平面上の位置情報の拡大投影を検討した。今回は計算機シミュレーションにより、倍率の電極間隔依存性の検証を行った結果について報告する。

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中赤外パルスレーザーと時間分解二光子光電子分光を組み合わせて、トポロジカル絶縁体Sb2Te3における光誘起ディラック表面電流の偏光依存を観測した。中赤外光励起による占有から非占有への表面状態の直接光学遷移、それに伴う光誘起表面電流に対応する非対称な表面状態の電子占有を波数空間で観測した。中赤外レーザーの偏光を切り替えながら表面電流の変化を直接観測することで、表面電流のコヒーレントな光制御を実証した。

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Graphene/Ir(111)の鏡像電荷に対してスピン軌道相互作用に由来するバンド分裂を高エネルギー分解能で測定した。

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磁気スキルミオンは隣接原子に対してある一定の回転方向を持った磁気配列である。Ir基板上のFe単原子膜の周期的磁気スキルミオン構造解明のために、非磁性探針によるトンネル異方性磁気抵抗STM測定と、面内磁化探針によるトンネル磁気抵抗STM測定を行い、複数磁気ドメイン構造の観察に成功した。先行研究で考案された12個の原子から成る３回回転対称スキルミオン構造では説明できない結果を得た。

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Si(111)√3×√3-B表面上にBiを蒸着させるとBi(110)超薄膜が形成される。STMによる被膜率の計測から、この構造は偶数層と奇数層で異なる安定性を示すことがわかった。この違いは黒リン構造とA7構造の違いよると予想し、Bi(110)超薄膜表面上のうねりの膜厚依存性の調査や各膜厚でのSTS測定を行った。その結果、奇数層はA7構造、偶数層は黒リン構造をしていることが示唆された。

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スピン偏極表面電子状態のスピンは電子の運動量にロックされているというのがスタンダードなモデルである。一方最近，スピンは軌道成分と結合しているというモデルが提唱された。本研究では，laser-SARPESを用いて，表面電子のスピン軌道エンタングルメントは，鏡映対称性を用いて一般化できることを明らかにした。また，そこから放出された光電子のスピン方向は，光の偏光を用いて自在に制御できることを発見した。

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Interactions between CO monomers and CO pair were studied by means of a home-built UHV-STM at 5K with combinations of CO-tip and CO single molecules adsorbed on Cu111 substrate, with DFT calculations. Experimental result shows difference in the I-z curve with W-tip or CO-tip. Calculations show that with W-tip, attractive force dominates, whereas with CO-tip, repulsive force dominates, showing that the hopping with CO-tip was due to the repulsive dipole moment induced by the adsorbed CO molecule on Cu111. The effect was also checked by the difference in the I-z curve of CO pair and CO monomer.

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本研究では、クラウンエーテル分子をCu(111)表面に2±1ML成膜し、低温・超高真空下でSTM測定を行った。二次元に形成された分子膜は対称性を持ち、Cu(111)表面に6x6のユニットセルを持つことが確認されたため、DFTでのシミュレーション結果と比較検討し、分子膜の構造決定を行った。また、室温環境下でのUPS測定から分子膜の電子構造を系統的に評価した。

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単一有機分子の機能を生かしたナノデバイスの実現には、室温で安定な単分子膜の実現が一つの課題となる。本研究では、走査トンネル顕微鏡を用いて、3d磁性Fe(001)基板上のπ共役フタロシアニン分子膜成長を研究した。その結果、基板-分子間のπ-d電子結合を制御することで、室温で熱拡散しない2次元分子膜を作製することに成功した。特に2層目では、Fe(001)表面に対して5x5周期の秩序構造が形成された。

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分子間力が強い有機半導体低分子は、単結晶デバイスにおいて、軌道の重なりの増大によるバンド様伝導示すことが報告されている。分子配向の制御により分子軌道の重なりを変調することができれば、単結晶を超える電荷輸送特性が期待できる。本研究では、Ag(110)上にPiceneやDNTTの高配向膜を作製した。STMとARUPS計測により、バルクとは異なる分子配列と電子状態が形成されていることが示唆された。

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本研究では，Cu(111)基板上に蒸着したペンタセンの電子状態を紫外光電子分光(UPS)，準安定原子電子分光(MAES)，第一原理計算を用いて明らかにすることを目的とした．単分子層におけるUPS，MAESスペクトルでHOMO－LUMOギャップ間に基板との相互作用に由来した化学吸着誘起準位が観測された．第一原理計算の結果からその誘起準位がペンタセンのLUMOに由来するものであることが示された．

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数原子層の絶縁体超薄膜を蒸着した金属表面に分子が吸着した系を対象として、走査トンネル顕微鏡のトンネル電流に誘起された発光（STM発光）における分子内の電子間に働くクーロン相互作用の影響を解析したので報告する。本研究では、第一原理計算に基づく電子構造の解析を通して有効模型を構築し、非平衡系における多体問題を扱うことができる非平衡Green関数法により系の発光特性および電気伝導特性を計算した。その結果、顕著な電子間相互作用の影響を見出し、近年得られた実験結果を説明することができた。

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ピセンはベンゼン環が5つ縮合した芳香族化合物であり,これまで超電導に関する物性研究が数多く行われてきた。近年では,ピセンを有機半導体として電子デバイスに応用するための基礎研究として,ピセン－金属界面の物性研究が行われるようになってきた。そこで本研究は,紫外光電子分光(UPS),準安定原子電子分光(MAES)及び第一原理計算を用いて,ピセン/Au(111)界面の電子状態の解析を行った。

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電子格子相互作用の素過程は、特定の電子状態間のフォノンによる散乱である。我々は高分解能電子エネルギー損失分光(HREELS)を用いて、グラファイトの非占有状態間のフォノンによる散乱を観察し、特定の電子状態間で特定のフォノンによる散乱確率が共鳴的に大きくなることを見い出した。共鳴条件を第一原理計算による非占有バンドを比較して、この解釈が妥当であることを確認した。

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Cu(111)表面上に窒化鉄薄膜を作製すると、4回対称のFe₂N単原子層膜が生成することを走査トンネル顕微鏡による原子レベル観察で明らかにした。この単原子層膜は、基本的にはCu(001)基板などの4回対称基板上で観察されている窒化鉄膜と同一の原子構造を有しているが、3回対称のCu(111)基板上にあるために、格子が局所的にひずみ、超周期構造が現れる。そこで走査トンネル分光測定を行い、この周期格子ひずみが電子状態へ与える影響を調べた。

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単原子層MnNのCu基板上での成長が報告されているが、磁性は反強磁性である。我々は第一原理計算からMnBとMnCの組成で強磁性を示すことを予測し、表面のバンド構造からフェルミ準位上で分散を持つMnの3d軌道の存在を明らかにした。また、ハイゼンベルグ模型からMn原子間の交換相互作用定数を定量的に見積もった。さらには、２次摂動を用いた局所磁気異方性解析も行い、Mn原子サイトでの異方性定数を見積もった。

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Si(111)-√3×√3-(Tl, Pb)はスピン分裂したバンドを持ち、2.25 Kで超伝導転移することが知られており、最近Ge基板上でもSi基板と同様の超構造が形成されることが報告された。本研究ではGe基板上√3×√3構造についてIn situ電気抵抗測定を行い、1.74 Kの超伝導転移を観測した。講演ではSi基板での先行研究と比較し、超伝導転移温度に対する基板の影響について報告する。

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In/Si(111)√7×√3-hex表面をIn/Si(111)√3×√3表面にInを室温で蒸着することで作製し、低速電子線回折および角度分解光電子分光を行った。その結果、√7×√3-hexが二次元自由電子的なフェルミ面を持ち、そのフェルミ波数は1.3 Å^-1であることがわかった。

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単結晶VOはこれまで合成例がなく、理論的に研究が行われてきた。
しかしVOは強相関系金属酸化物のため、これまで統一的な結果は得られていなかった。
本研究ではVOと格子定数が極めて一致するAg(100)上にVOを合成し、その電子状態を観測することで、VOが室温で金属であることを明らかにした。
また、液体He温度においてもVOは金属的な電子状態を観測した。

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金属表面付近では、金属の鏡像ポテンシャルによって鏡像準位が形成される。一方、金属超薄膜内では膜厚とエネルギーが特定の条件を満たす際に量子井戸準位が形成される。我々は、Si(111)√3×√3-B表面上のAg(111)超薄膜において、走査トンネル顕微鏡によるdz/dV測定を行った。その結果、両準位のエネルギーが一致する付近では準位が分裂するavoided crossingが発生することを明らかにした。

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高分解能角度分解光電子分光法により、水素終端Si(110)-(1×1)表面の電子状態を観測した。その結果、8本のエネルギーバンドを観測し、LDA近似を用いた第一原理計算と比較検討した。表面の異方性を反映した4本のバンド、3本のバルクバンド、それに、1本の表面バンドとアサインすることができた。さらに、分散曲線からホール移動度を見積もった。

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巨視的な固体同士の摩擦では，固体表面のミクロな凹凸のために固体全面で接触するのではなく，多数の接触点でのみ接触している．これらの接触点に加わる応力が摩擦力の振る舞いを支配している．しかし，摩擦界面での接触応力を直接観察した例は少ない．本研究では，摩擦界面での応力可視化できる手法の開発を行った．その手法の定量性や有効性について議論する．

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不揮発性メモリの新構造として最近Au/Li3PO4/Liが検討されている。このデバイスでは、電圧印加により保持電圧の制御が可能であることが知られている。また、界面近傍におけるLiイオン分布の変化が重要であることが分かっている。そこで本研究では、第一原理計算を援用し、Au(111)/ g-Li₃PO₄/Au(111)およびLi(001)/ g-Li₃PO₄/Li(001)界面近傍に生成されるLiイオン欠陥について調査したのでその結果を報告する。

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Ar⁺イオン衝撃及び600℃加熱を繰り返し行い、清浄化したFe₂P(10-10)に対してPES、AES、LEED測定を行った。加熱温度の上昇に伴いc(2×2)LEEDパターンがシャープとなり、AESとPESの加熱温度依存測定より、c(2×2)構造は偏析したPにより形成されると考えた。また、Fe₂PとNi₂PのRPES測定結果の比較から、Fe₂Pでは表面の金属原子の安定化が顕著でないと考えられる。

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層状物質であるMoS2は2次元シート状半導体物質として注目されており、電子デバイスへの応用が期待されている。本研究ではMoS2薄膜にArスパッタリングによる欠陥生成を行った。欠陥エンジニアリングは物質の電子状態を変化させることで知られているが、詳しい電子的特性は不明であるため、超高速光反射過度応答、ラマン、PL分光の3つの光学的測定法で格子欠陥生成時での格子振動の変化やバンド構造を評価していく。

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Ta-Al複合ターゲットを用いた反応性スパッタ法によりTaAl-N薄膜を利用し、高感度・高速応答の熱伝導型センサを作製している。従来は焼結型のターゲットを使用してきたが、今回HIP処理により高密度化した複合ターゲットを入手し、特性と作製条件との関連性について検討した。従来と同じ条件で作製した薄膜は製膜速度、比抵抗などのばらつきが減少し、再現性の優れた薄膜が得られた。その詳細について報告する。

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VO₂(二酸化バナジウム)は、68℃付近の温度で絶縁体-金属相転移を起こすことから工学的応用が期待されている。我々は、今までに低電圧スイッチングが期待されるTiN電極上へのVO₂薄膜の結晶成長について報告した。本研究では、RFマグネトロンスパッタ法を用いて細線状TiN電極に対してクロスするようにVO₂薄膜を細線状に堆積させた。クロスバー方式を導入することで静電容量の抑制によるVO₂の高速スイッチングが期待できる。

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二酸化バナジウム(VO₂)は68℃付近で絶縁体-金属相転移を生じ抵抗値が4～5桁にわたって変化する. この特性を利用し, 抵抗温度センサーやスマートウィンドウ等に応用が期待されている. 薄膜形成ではイオン照射効果によってマイグレーションの助長や核形成位置の増加等が生じる. 発表ではVO₂薄膜成長に対するイオン照射効果のしきい値を明確にし, 結晶性や結晶サイズを評価することで工業的応用性を高める.

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有機EL素子の上部電極膜は、スパッタ法で成膜した場合にも蒸着法に比較して発光電圧が高い素子が形成されてしまう。有機EL素子の上部Al陰極膜を低ダメージスパッタ法に加えて赤外線を基板表面側から照射しながら作製する方法を検討した。その結果、蒸着法と同程度の赤外線照射の条件で、電極膜を作製することで、蒸着法を用いた場合に得られる有機EL素子と同程度の低電圧で発光する素子が得られることが分かった。

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本研究では、RAS法を用いたIGZO薄膜の高速低温条件下での結晶化を目的としている。本手法では熱エネルギーの代替エネルギーとして薄膜構造変化に影響を与える化学アニーリング効果に着目した。化学アニーリング効果を高めるためにAｒ・O ₂の混合ラジカルを用いた。その結果、プラズマ中に存在するラジカル種の比率が薄膜構造に影響をもたらすことが確認できた。さらに、特定の存在比率において結晶化に成功した。

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本研究は、高速低温条件下においてIGZO薄膜を結晶化させる際ラジカルの化学アニーリング効果に有用なスパッタ薄膜構造の確立とその制御因子の抽出を目的とする。今回作製した薄膜は一部条件において結晶化し多結晶構造であった。スパッタ薄膜構造はスパッタ粒子の運動エネルギーを変化させることによって制御でき、制御因子は投入電力とArガス流量である。投入電力が小さくArガス流量が大きいと運動エネルギーは減少した。

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ダイヤモンド薄膜，窒化炭素をはじめとする機能性炭素薄膜が注目されている。中でも，DLCはダイヤモンドに近い性質を示すアモルファスな炭素膜で，環境負荷が小さく，高硬度，低摩擦性などを有することから摺動機械部品などトライボロジー分野において実用化が急速に進展している。本研究ではAr^＋イオンビームアシストにより炭素薄膜を形成し，雰囲気ガス，イオンエネルギーが膜構造に与える影響を調査した。

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TiO2 の欠点として吸収波長が紫外光に限られており可視光での光触媒効果が低い。その対策として，種々の方法による可視光応答化とともに，薄膜に電界印加や磁界印加を行うことで光触媒効果の向上が期待されている。本研究では，電界印加効果の確認とTiO2/Ni 薄膜の各膜厚を変化させることで，光触媒特性への影響を調査した。その結果電圧を印加することで光触媒特性が改善された。

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酸化タングステンはエレクトロクロミック（EC）特性を示すことで広く知られるが、その組成は化学量論的なものよりも、適度に酸素が欠乏したWO_3-xのような組成において良好なEC特性を示すということが報告されている。これまでの研究では化合物モードから金属モードへと遷移する点近傍の条件で酸素欠乏した膜が得られるということがわかっている。また、サンプルに対して熱処理を行うことで着色性の向上が確認できた。

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電子ビーム蒸着源とプラズマ源を配置したプラズマアシスト蒸着法により銀酸化物薄膜を形成した。X線回折の結果によると、酸素濃度60%では基板バイアスを印加しても大部分は金属的であり、部分的に酸化相が形成されるだけであった。形成した抵抗率はバイアス電圧の上昇とともに上昇した。一方、酸素80％では基板バイアス-20VのときAg₂O相が形成され、-40Vではその結晶も崩れることが示唆された。

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既存の温湿度センサは高湿度及び低湿度領域での感度が低く，高温多湿などの環境では寿命が短くなる課題もある。 前述の機能を満たす材料として，紫外線照射により親水性を示すTiO₂を採用した。TiO₂は自己分解などを起こさないため，長寿命化に対応でき，Cu₂Oと組み合わせることで高感度化に期待が持てる。 本研究では，TiO₂を主とした温湿度センサの開発を目指し，電気的特性と温湿度特性を調査した。

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ZrON系薄膜を石英ガラス、グラッシーカーボン基板上に中空円筒形カソードを用いた反応性スパッタリングにより作成した。X線回折から、薄膜はZrN、Zr2ON2、ZrO2の混合相で構成され、酸素流量に依存していた。XPS測定により、Zr3dバンドを評価した。電気化学測定では、酸素流量が0.4の酸化還元電位が最高であった。

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RFマグネトロンスパッタ法では0.3Pa程度の低ガス圧で持続放電が可能であるが、DC放電ではこれよりも高いガス圧が必要になる。プラズマ閉じ込め効率を増加させるミラー磁場をターゲット表面近傍に持つDCマグネトロンカソードを試作したところ、0.15Pa（Ar）、15Wで持続放電を確認したので報告する。

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液体金属のGaを窒素プラズマでスパッタリングできれば、Gaのスパッタリングと同時にGaとN₂との反応場も形成するため、GaNが成膜できる可能性がある。本研究では、高密度誘導結合プラズマ（ICP）を収束磁場によってGaターゲットに圧縮照射してスパッタ成膜を試みた。窒素のみをスパッタガスとしたにも関わらず、実用的な成膜速度>10nm/minを得た。得られた薄膜の解析結果についても報告する。

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カーボンナノチューブ(CNT)を有機溶媒中に分散させ，これを基板上にスプレー堆積させると，基板上に容易にCNT薄膜を形成できる。この抵抗値の温度依存性を利用し，小型・省電力型真空計として使用できる可能性あるが，CNT薄膜の抵抗値の温度依存性を詳細に調べた報告は少ない。我々はCVD法およびアーク放電法で作製したCNTについて，スプレー堆積法でCNT薄膜を作製し，両者の抵抗の温度依存性の比較を行った。

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電界電子放出特性はFowler-Nordheimプロットを取ると直線に載るといわれているが、実際の計測データでは必ずしも直線とはならない。本稿では、Fowler-Nordheimプットが直線に載らず、湾曲している場合に切片傾き解析がどのように影響を受けるかを議論する。

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粉体やファイバーへのイオン注入は新しい応用として期待されている．そのため，実験結果に一致するように補正した電子阻止能を用いた球状及び円柱状材料に拡張したイオン注入シミュレーションにより様々なイオンと標的材料の組み合わせについてイオン注入分布を計算した．得られた平均射影飛程と注入エネルギーをそれぞれ無次元化し，粉体及び線材に対する還元平均射影飛程と還元エネルギーの関係性を明らかにした．

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