放射光STMを用いた内殻励起に伴う局所信号及び放出電子特性の精密評価

摘要

我々は放射光STMを用いて、実空間・ナノスケールでの元素識別、及びX線と表面原子の相互作用分析を行ってきた。これまでSi(111)上Geナノ構造（半導体ヘテロ界面）、Ge(111)上Cuナノ構造（金属―半導体界面）およびAu(111)上Coナノ構造（金属界面）の3種類の系について、元素コントラスト像の取得に成功している。具体的には、まず固体表面に高輝度硬X線マイクロビームを照射し、特定元素の吸収端を選択励起する。その結果、フェルミ準位近傍に起こる電子状態密度（DOS）変化を、特定周波数の微小信号としてロックインアンプによりトンネル電流変調（差分電流）検出する原理である。しかしその測定法ゆえ、X線照射下においてEmission（光電子及び二次電子)成分が検出信号の深刻なノイズとなる問題を孕hできた。そこで近年、元素コントラスト原理解明に向け、トンネル電流が流れないぎりぎりの探針⁻試料間距離でEmission電流を測定し除去することで、トンネル電流変調のみの抽出を行ってきた。今回S/N比の更なる向上のため、新たに2つの試みを行った。まず1つ目は、Emission検出を抑制する絶縁被膜探針の改良である。イオンビーム加工精度向上により、Wが露出した先端円錐部を~Φ 200 nm（h 130 nm：図1）にまで狭めた（従来はh300 nm）。2つ目に、トンネル状態から探針を1 nmリフトした状態でEmission電流の試料電圧依存性を測定した（図2：光子密度:5×1016 photon/sec/mm~2）。その結果、Emission最小となる試料電圧（Emission Cancel Bias;ECB）を特定した。これら2つの取り組みから、従来よりも高いS/N比で測定可能となった。