京都大学ELCAS(エルキャス)

平成27年度以前のレポート

化学

化学の2013年1月19日の内容はこちら

実習指導

八田 振一郎(表面化学研究室 助教)

チューター

野間 俊(修士課程 1回生)
中野 佳津子(理学部 4回生)

ボランティア

なし

実施場所

理学部6号館 表面化学研究室

実習内容

実際に研究に用いる方法で、Si 試料をウェハーから切り出した。表面構造の周期性が試料の清浄化や金属原子の蒸着により変化することを低速電子線回折装置を用いて確認した。電気伝導の基礎的内容を学習し、実際に4端子法を用いて銅箔の電気抵抗の温度依存性を測定した。

4端子法による銅箔の電気抵抗測定
4端子法による銅箔の電気抵抗測定

ウェハーからの試料を切り出し
ウェハーからの試料を切り出し


Ge(111)清浄面の低速電子回折パターンGe(111)清浄面の低速電子回折パターン


受講生の感想

  • まず初めにシリコンの試料を切る体験をしたのですが、力加減がとても難しく、なかなかきれいに切ることができなくて苦戦していました。試料は切り出す面で性質が違っていて、今回使用したのは(001)面と(111)面ですが、(001)面は90°の方向に、(111)面は120°の方向にきれいに割れる性質があって、それを実際目で見て確認することができて楽しかったです。また、ゲルマニウム試料の表面をきれいにするための行程を観察しました。表面を清浄するには加熱する必要があるのですが、真空中に試料があるので普通の温度計では温度が測定できないということで、赤外線を使って温度を測定するのが新鮮でした。清浄する前では何も見えなかったLEEDパターンが、清浄した後ではLEEDパターンがくっきり見えて感動でした。他にも、金属は温度が低いほうが電気が流れやすい理由を実験を通して理解できたり、初めて液体窒素を見れたり、収穫が多く嬉しかったです。
  • 今日は試料の切り出しと実際にGeの回折パターンを見るという実習で、前回教えていただいたことを体験できました。はじめにスライドを使って教えていただいたバンド構造、熱で電子をたたき上げる、といったことは難しくてまだまだ理解できていないことも多いですが、体験は大変楽しかったです。Siの結晶を見たり、液体窒素に触れたり、熱を加えるだけでビスマスがGeの膜にきれいに並ぶ様子を回折パターンを通してみたり、心おどる体験ばかりでした。実験に使う装置についても教えていただき驚かされることばかりでした。真空状態にするのにも何通りも方法があって、状況に応じて使い分けているんですね。私は一度空気をひいて真空状態にしたら、それで真空になっていると思っていたので、実際は壁から中に空気などが入り、放置しておくと真空でなくなるというのは驚きでした。貴重な体験をさせていただきありがとうございました。
  • Si試料の切り出し体験では、実際にSiをダイヤモンドカッターで傷つけて切った。ダイヤモンドカッターで少し傷をつけただけなのに、Si試料がパキッと簡単に割れてびっくりした。また、Si表面は少しも汚れてはいけないので、扱うのがとても難しかった。地下実験室では、半導体試料の清浄化とBi薄膜の作成を行った。そこでは、Siの抵抗と温度変化を利用した温度計や赤外線を応用した温度計などたくさんの温度計と触れ合えて嬉しかった。また液体窒素に初めて触るなど貴重な体験もできた。今回行ったことは、どれも普段できない体験で、僕にとって不思議なものばかりで化学の視野を広げることができて良かった。
  • 今回は、Si試料の切り出しとSi試料の清浄化とBi薄膜の作成を体験しました。Si試料の切り出しでは、Siに直で触るとSi表面がきずついたり、くもったりして取り返しのつかないことになるので、手袋をはめ、慣れないことをするのは大変でした。Si試料の清浄表面のLEEDパターンはきれいでした。その表面にBiをつけるのですが、そのときBiはきれいに表面に並んでいないのでLEEDパターンは見えなかったのですが、加熱後のLEEDパターンはきれいな模様を示し、Biがきれいに並んでいるのだということを実感しました。
  • 今日はSi試料の切り出しの体験、地下実験室での真空装置にある半導体試料の清浄化、そしてビスマス薄膜を作成する、という内容でした。遅刻をしてしまい、実験の説明が聞けず最初は戸惑いましたが、次第にプリントを読むにつれわかってくるようになり良かったです。Si試料では自分のオリジナルの切り出しが出来て良かったです。地下室では見慣れない器具だらけで驚きましたが、最後にコマンドを見せてもらい、正確にプログラムされて実験が行われているのだな、と感動しました。高温のものの温度測定や抵抗測定などは、普段使わない目新しい方法でした。最終的にLEEDパターンの違いを確認できて良かったです。2回にわたり、ご指導いただいたTAの皆さん、ありがとうございました。
  • 今回驚いたことは、試料であるゲルマニウムに電圧をかけると、すぐに600℃まで温度が上がったことです。理屈としては知っていましたが、例えば学校にある電気炉で室温から600℃まで上げようと思うと30分くらいかかるので、ちょっと電流値を上げるツマミを回すだけで試料が真っ赤になることが驚きでした。また、電子ビームを当てると、本当に写真で見たようなきれいな模様が確認できて、感動しました。また、半導体の伝導性に関して、n型が電子を、p型が正孔を生じさせることは知っていましたが、ドープすることによって、電子の動きがどのように変化するのかはわかっていなかったので、半導体の中で何が起こっているのか、少し理解を深めることができ嬉しかったです。またLEDがPN接合を利用しているということは初耳で新鮮に感じました。日常の生活の中でよく使っているものだけど、その原理を学ぶ機会は今までそうなかったので、とても楽しめました。ありがとうございました。

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