JPH01111347A - トンネル素子解析装置 - Google Patents
トンネル素子解析装置Info
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- JPH01111347A JPH01111347A JP62269842A JP26984287A JPH01111347A JP H01111347 A JPH01111347 A JP H01111347A JP 62269842 A JP62269842 A JP 62269842A JP 26984287 A JP26984287 A JP 26984287A JP H01111347 A JPH01111347 A JP H01111347A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、トンネル接合の電流電圧特性などトンネル特
性を高速かつ高精度で測定し、このデータを高速で解析
するトンネル素子の解析装置に関するものである。
性を高速かつ高精度で測定し、このデータを高速で解析
するトンネル素子の解析装置に関するものである。
トンネル特性を解析する方法としてトンネルスペクトロ
スコピーがあるが、従来のこの種の測定技術として、［
アドラー、科学計器レビュー３７゜１０４９ （１９６
６） 、同書４５，５２９ （１９７４） （Ｊ、Ｇ
、Ａｄｌｅｒ。
スコピーがあるが、従来のこの種の測定技術として、［
アドラー、科学計器レビュー３７゜１０４９ （１９６
６） 、同書４５，５２９ （１９７４） （Ｊ、Ｇ
、Ａｄｌｅｒ。
Ｒｅｖ、Ｓｃｉ、Ｉｎ５ｔｒ、３７．１０４９（１９６
６）、１ｂｉｄ、４５，５２９（１９７４）」などに記
載された交流変調法がある。これは、直流電圧に微小交
流変調電圧を重畳し、トンネル接合に印加する方法であ
る。このときトンネル接合に流れる電流は直流電流成分
（Ｉｏ）と変調交流成分（δｃｏｓωｔ）の和である。
６）、１ｂｉｄ、４５，５２９（１９７４）」などに記
載された交流変調法がある。これは、直流電圧に微小交
流変調電圧を重畳し、トンネル接合に印加する方法であ
る。このときトンネル接合に流れる電流は直流電流成分
（Ｉｏ）と変調交流成分（δｃｏｓωｔ）の和である。
接合に加えられた電圧Ｖ （Ｉ０＋δｃｏｓωｔ）をδ
ＣＯ３ωｔが微小量として展開し整理すれば、２ωで振
動する成分ｖ２ωは（ｄ２Ｖ／ｄ Ｉ”）とｃ。
ＣＯ３ωｔが微小量として展開し整理すれば、２ωで振
動する成分ｖ２ωは（ｄ２Ｖ／ｄ Ｉ”）とｃ。
Ｓ２ωの積に比例する。従って、ロックインアンプを用
いて変調信号の２倍の周波数を検出すれば、（ｄ”Ｖ／
ｄ Ｉ”）に比例する信号が得られる。本来、検出すべ
き信号は（ｄ”ｌ／ｄＶ”）であるが、（ｄ”Ｖ／ｄ
ｌ２）＝−（ｄＶ／ｄ Ｉ）’ （ｄ”ｌ／ｄＶ”）で
あることと、（ｄＶ／ｄ Ｉ）がＯ〜５００ｍＶの領域
でほぼ一定であること仮定することから、（ｄ”ｌ／ｄ
Ｖ”）を検出するかわりに（（１”Ｖ／ｄ Ｉ”）を検
出するものである。
いて変調信号の２倍の周波数を検出すれば、（ｄ”Ｖ／
ｄ Ｉ”）に比例する信号が得られる。本来、検出すべ
き信号は（ｄ”ｌ／ｄＶ”）であるが、（ｄ”Ｖ／ｄ
ｌ２）＝−（ｄＶ／ｄ Ｉ）’ （ｄ”ｌ／ｄＶ”）で
あることと、（ｄＶ／ｄ Ｉ）がＯ〜５００ｍＶの領域
でほぼ一定であること仮定することから、（ｄ”ｌ／ｄ
Ｖ”）を検出するかわりに（（１”Ｖ／ｄ Ｉ”）を検
出するものである。
この方法では、上記の仮定に基づいて（ｄ”Ｖ／ｄＩ”
）を検出しており、（ｄ”ｌ／ｄＶ”）を検出している
わけではない。また、測定時におけるロックインアンプ
の測定条件（変調電圧、時定数、フィルタ定数など）で
ピーク強度が大きく変化するため、得られたスペクトル
も相対的な値しか得られないという欠点があった。また
、微小信号の検出に際しＳ／Ｎ比を上げるため、測定に
長時間を必要とした。
）を検出しており、（ｄ”ｌ／ｄＶ”）を検出している
わけではない。また、測定時におけるロックインアンプ
の測定条件（変調電圧、時定数、フィルタ定数など）で
ピーク強度が大きく変化するため、得られたスペクトル
も相対的な値しか得られないという欠点があった。また
、微小信号の検出に際しＳ／Ｎ比を上げるため、測定に
長時間を必要とした。
以上説明したように従来の方法では、スペクトルのピー
ク強度は相対的なものであり、定量性がなかった。また
、実際のトンネル接合では（ｄＶ／ｄｉ）がθ〜５００
ｍＶの領域で一定でないこともあり、実効的な変調電圧
が変化してしまうため、同一分子振動ピークの強度につ
いても試料間のピーク強度の比較は困難であった。
ク強度は相対的なものであり、定量性がなかった。また
、実際のトンネル接合では（ｄＶ／ｄｉ）がθ〜５００
ｍＶの領域で一定でないこともあり、実効的な変調電圧
が変化してしまうため、同一分子振動ピークの強度につ
いても試料間のピーク強度の比較は困難であった。
また、従来の電流−電圧特性測定において、測定される
電流値および電圧値の測定有効桁数および分解能が劣っ
ていたために、この電流−電圧特性を用いて非弾性電子
トンネルスペクトル（以下ｒｌＥＴスペクトル」という
）を測定することができなかった。
電流値および電圧値の測定有効桁数および分解能が劣っ
ていたために、この電流−電圧特性を用いて非弾性電子
トンネルスペクトル（以下ｒｌＥＴスペクトル」という
）を測定することができなかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、トンネル接合の特性解析装置δ
電流−電圧特性において低雑音、高感度、高精度化を図
り、高精度なポテンシャルバリヤの解析、定量性に優れ
たＩＥＴスペクトルを提供し、総合的なトンネル特性を
解析する装置を提供することにある。
の目的とするところは、トンネル接合の特性解析装置δ
電流−電圧特性において低雑音、高感度、高精度化を図
り、高精度なポテンシャルバリヤの解析、定量性に優れ
たＩＥＴスペクトルを提供し、総合的なトンネル特性を
解析する装置を提供することにある。
このような問題点を解決するために本発明は、トンネル
接合の電流電圧特性を測定し、この測定で得られたデー
タを記憶する記憶部を有する測定系と、前記データを必
要に応じて選択的に取り出し、予め設定されたフローチ
ャートに従い解析する解析系とを装置に設けるようにし
たものである。
接合の電流電圧特性を測定し、この測定で得られたデー
タを記憶する記憶部を有する測定系と、前記データを必
要に応じて選択的に取り出し、予め設定されたフローチ
ャートに従い解析する解析系とを装置に設けるようにし
たものである。
本発明によるトンネル素子解析装置においては、■（ｄ
”Ｖ／ｄ Ｉ”）°を直接求めるため、スペクトルの絶
対強度の測定が可能となり、従って、異なる接合のスペ
クトルの比較も容易となる。
”Ｖ／ｄ Ｉ”）°を直接求めるため、スペクトルの絶
対強度の測定が可能となり、従って、異なる接合のスペ
クトルの比較も容易となる。
■（ｄＶ／ｄ Ｉ）＝一定の仮定を必要としないため、
ロックインアンプでの変調電圧の変動に起因するピーク
強度の変化は起こらず、異なる特性吸収を同一条件で比
較することが可能となり、接合内に存在する試料分子の
数、配向性などの物理量との対応づけが容易となる。
ロックインアンプでの変調電圧の変動に起因するピーク
強度の変化は起こらず、異なる特性吸収を同一条件で比
較することが可能となり、接合内に存在する試料分子の
数、配向性などの物理量との対応づけが容易となる。
■トンネル素子の非線形性が強く、スペクトルのベース
ラインの傾きが急で、ロックインアンプではオーバーフ
ローしてしまうような接合でも、測定が可能である。
ラインの傾きが急で、ロックインアンプではオーバーフ
ローしてしまうような接合でも、測定が可能である。
■測定時間が短く、ノイズの影響が少ない測定ができる
。
。
■コンピュータを用いた測定であるため、同一の測定を
繰り返し行ない、コンピュータ内で積算処理をすること
によって、Ｓ／Ｎ比をあげることが可能となる。
繰り返し行ない、コンピュータ内で積算処理をすること
によって、Ｓ／Ｎ比をあげることが可能となる。
（実施例〕
本発明はトンネル素子の総合的な特性の解析を提供する
ことを最も主要な特徴とする。第１に、高精度の電源、
電圧計、電流計を用いて、トンネル接合のＩ−Ｖ特性を
高精度で測定する。次に、その測定値をコンピュータ内
にデータとして取り込む。第２に、このデータを用いて
正確なポテンシャルバリア形状をコンピュータで計算し
、トンネル絶縁層の良否を判断する。第３に、同データ
をコンピュータによる３次スプライン補間を用いて電圧
間隔を等間隔にした後、電流の電圧に対する２次３次の
平滑化微分法を適用し、二階微分を行なう。すなわち、
結果的には、直接に電流−電圧特性からＩＥＴスペクト
ルを得ることができる。
ことを最も主要な特徴とする。第１に、高精度の電源、
電圧計、電流計を用いて、トンネル接合のＩ−Ｖ特性を
高精度で測定する。次に、その測定値をコンピュータ内
にデータとして取り込む。第２に、このデータを用いて
正確なポテンシャルバリア形状をコンピュータで計算し
、トンネル絶縁層の良否を判断する。第３に、同データ
をコンピュータによる３次スプライン補間を用いて電圧
間隔を等間隔にした後、電流の電圧に対する２次３次の
平滑化微分法を適用し、二階微分を行なう。すなわち、
結果的には、直接に電流−電圧特性からＩＥＴスペクト
ルを得ることができる。
この方法で得られたＩＥＴスペクトルは従来の技術で得
られるＩＥＴスペクトルに比べて分子振動ピークの絶対
値を求めることができるため、より高感度で定量性に優
れた電極金属との表面反応の解析、吸着状態の解析、微
量有機分子の検出、電子遷移の観測が可能となった。こ
の他、この方法によるトンネルスペクトロスコピーの測
定は、超伝導体の定量的なフォノンスペクトルの観測、
バンドギャップ内の半導体表面準位の決定をも可能とし
た。
られるＩＥＴスペクトルに比べて分子振動ピークの絶対
値を求めることができるため、より高感度で定量性に優
れた電極金属との表面反応の解析、吸着状態の解析、微
量有機分子の検出、電子遷移の観測が可能となった。こ
の他、この方法によるトンネルスペクトロスコピーの測
定は、超伝導体の定量的なフォノンスペクトルの観測、
バンドギャップ内の半導体表面準位の決定をも可能とし
た。
第１図は、本発明に係わるトンネル素子解析装置の一実
施例が適用された測定システムを示す系統図である。第
１図において、１はトンネル素子冷却装置、２はトンネ
ル接合に電源３からの電圧を印加すると共にトンネル接
合のＩ−Ｖ特性を高精度で測定するための交流ブリッジ
回路、４は電流計、５は電圧計、６は計測制御およびデ
ータ処理を行なうためのマイクロコンピュータ、７はス
ペクトル等を出力するためのプロッタである。電源３、
電流計４、電圧計５、マイクロコンピュータ６およびプ
ロッタ７はＧＰＩＢで接続されている。
施例が適用された測定システムを示す系統図である。第
１図において、１はトンネル素子冷却装置、２はトンネ
ル接合に電源３からの電圧を印加すると共にトンネル接
合のＩ−Ｖ特性を高精度で測定するための交流ブリッジ
回路、４は電流計、５は電圧計、６は計測制御およびデ
ータ処理を行なうためのマイクロコンピュータ、７はス
ペクトル等を出力するためのプロッタである。電源３、
電流計４、電圧計５、マイクロコンピュータ６およびプ
ロッタ７はＧＰＩＢで接続されている。
第２図と第３図は本発明に係わるトンネル素子装置の一
実施例を構成する測定系と解析系を示す。
実施例を構成する測定系と解析系を示す。
第２図は測定系を示す、同図において、６１はＣＰＵ、
６２は入力部、６３は電源３で発生すべき電圧を指令す
るためのデータを出力するデータ出力部、６４は電流計
４および電圧計５からのデータを入力するデータ入力部
、６５はＩ、Ｖデータ、測定プログラム等を記憶する外
部メモリ、６６はＩ、Ｖデータを記憶する内部メモリ、
６７はＣＲＴ６８．プロッタ７等から成る表示部である
。
６２は入力部、６３は電源３で発生すべき電圧を指令す
るためのデータを出力するデータ出力部、６４は電流計
４および電圧計５からのデータを入力するデータ入力部
、６５はＩ、Ｖデータ、測定プログラム等を記憶する外
部メモリ、６６はＩ、Ｖデータを記憶する内部メモリ、
６７はＣＲＴ６８．プロッタ７等から成る表示部である
。
第２図から分かるように、ＣＰＵ６１は、外部メモリ６
５の測定プログラムにより、所定電圧をトンネル接合に
印加し、トンネル接合の電流値および電圧値を測定する
。
５の測定プログラムにより、所定電圧をトンネル接合に
印加し、トンネル接合の電流値および電圧値を測定する
。
第３図は解析系を示す。同図から分かるように、ＣＰＵ
６１は外部メモリ６５の解析プログラムによりＩ、 Ｖ
データを解析し、解析結果を外部メモＩＪ６５に記憶す
る。
６１は外部メモリ６５の解析プログラムによりＩ、 Ｖ
データを解析し、解析結果を外部メモＩＪ６５に記憶す
る。
第４図は本装置により測定する有機トンネル接合の断面
構造である。同図において、８は基板、９は上部電極、
１０は有機薄膜、１１は下部電極の酸化層、１２は下部
電極である。
構造である。同図において、８は基板、９は上部電極、
１０は有機薄膜、１１は下部電極の酸化層、１２は下部
電極である。
本装置のコンピュータには、Ｉ−Ｖ特性計測プログラム
である測定プログラムおよびデータ解析用プログラムで
ある解析プログラムが搭載されている。
である測定プログラムおよびデータ解析用プログラムで
ある解析プログラムが搭載されている。
次に、ＡＩｌ／ＡＩＯ，ｌＰｂ型接合において、本装置
の使用例を示す、まず、（ｉ）において電流−電圧特性
の測定法について説明し、（ｉｆ）においてポテンシャ
ルバリアの計算、（ｉｉｉ）においてｄＩ／ｄＶスペク
トルの検出、（ｉｖ）においてＩＥＴスペクトルの検出
、（Ｖ）においてＩＥＴスペクトルのデータ処理につい
て説明する。
の使用例を示す、まず、（ｉ）において電流−電圧特性
の測定法について説明し、（ｉｆ）においてポテンシャ
ルバリアの計算、（ｉｉｉ）においてｄＩ／ｄＶスペク
トルの検出、（ｉｖ）においてＩＥＴスペクトルの検出
、（Ｖ）においてＩＥＴスペクトルのデータ処理につい
て説明する。
（ｉ）電流−電圧特性の測定法
本装置を用いてＩ−Ｖ特性を計測する
には、
■トンネル素子をトンネル素子冷却装置１内に組み込み
低温に冷やす。
低温に冷やす。
■コンピュータ６のＩ−Ｖ測定プログラムを起動させ、
測定条件を設定する。典型的な条件として、測定開始電
圧−０，７■、測定終了電圧０．７ｖ、測定間隔１ｍＶ
、−点での測定積分時間０．２秒、測定回数１００回で
ある。測定結果はデータファイルとして保存しておく。
測定条件を設定する。典型的な条件として、測定開始電
圧−０，７■、測定終了電圧０．７ｖ、測定間隔１ｍＶ
、−点での測定積分時間０．２秒、測定回数１００回で
ある。測定結果はデータファイルとして保存しておく。
第５図は測定したＩ−■特性である。
（ｉｉ）ポテンシャルバリアの計算
第６図はＡｌ／Ａｌｏｘ／Ｐｂ接合に
おけるポテンシャルバリアのモデルである。１３はＡＩ
ｔ側からみたポテンシャルの高さで値がφ１（ｅｖ）、
１４はＰｂ側からみたポテンシャルの高さで値がφ２（
ｅｖ）、１５はＡ１０．の膜厚でイ直Ｄ（人）である。
ｔ側からみたポテンシャルの高さで値がφ１（ｅｖ）、
１４はＰｂ側からみたポテンシャルの高さで値がφ２（
ｅｖ）、１５はＡ１０．の膜厚でイ直Ｄ（人）である。
このバリアモデルにＷＫＢ近僚を適用したトンネル電流
の理論式と測定値との差が最小になるようなバリアパラ
メータ１３゜１４．１５を非線形最小二乗法を用いて決
定する。
の理論式と測定値との差が最小になるようなバリアパラ
メータ１３゜１４．１５を非線形最小二乗法を用いて決
定する。
本装置を用いてポテンシャルバリアをもとめるには、
■コンピュータ６のバリア計算プログラムを起動させる
。
。
■使用する実験１−Ｖデータファイルを指定する。
■使用するバリアモデルを指定する。
これを第１７図のフローチャートに示す。同図において
、まず■−■データファイルを指定してデータを読み込
む（ステップ２０）。次に、バリアモデルを選択しくス
テップ２１）、非線形最小二乗法（ステップ２２）によ
りバリアパラメータを決定しくステップ２３）、例えば
ＣＲＴにバリアパラメータを出力する（ステップ２３）
。次にバリアパラメータが満足い（ものか否かを判定し
くステップ２４）、満足いけばステップ２５へ移行して
バリアパラメータを保存する。満足いかなければステッ
プ２１へ戻り、再度バリアモデルを選択する。
、まず■−■データファイルを指定してデータを読み込
む（ステップ２０）。次に、バリアモデルを選択しくス
テップ２１）、非線形最小二乗法（ステップ２２）によ
りバリアパラメータを決定しくステップ２３）、例えば
ＣＲＴにバリアパラメータを出力する（ステップ２３）
。次にバリアパラメータが満足い（ものか否かを判定し
くステップ２４）、満足いけばステップ２５へ移行して
バリアパラメータを保存する。満足いかなければステッ
プ２１へ戻り、再度バリアモデルを選択する。
以上の方法により得られたバリアパラメータはφ１””
１．９（ｅｖ）、φ２＝４．４ （ｅｖ） 、Ｄ＝１１
．８（人）である。
１．９（ｅｖ）、φ２＝４．４ （ｅｖ） 、Ｄ＝１１
．８（人）である。
（ｉｉｉ） ｄ Ｉ ／ ｄ Ｖスペクトルの検出測定
したｒ−ｖデータをｄｌ／ｄＶ− ■に変換するには、 ■コンピュータ６のｄｌ／ｄＶプログラムを起動させる
。
したｒ−ｖデータをｄｌ／ｄＶ− ■に変換するには、 ■コンピュータ６のｄｌ／ｄＶプログラムを起動させる
。
■使用する実験Ｉ−Ｖデータファイルを指定する。
■平滑化に用いるデータ点数を指定する。
これを第１８図のフローチャートに示す。同図において
、Ｉ−Ｖデータファイルを指定してデータを読み込み（
ステップ３０）、微分階数を指定する（ステップ３１）
。微分階数はｄｌ／ｄＶの場合は１階である。次に、電
圧の等間隔化を行ない（ステップ３２）、平滑化点数を
入力しくステップ３３）、−１階の平滑化微分を行ない
（ステップ３４）、微分結果を例えばＣＲＴに出力する
（ステップ３５）。次に、微分結果が満足い（ものか否
かを判定しくステップ３６）、満足いけばステップ３７
へ移行して微分結果を保存する。満足いかなければステ
ップ３３へ戻り、再度平滑化点数を入力する。
、Ｉ−Ｖデータファイルを指定してデータを読み込み（
ステップ３０）、微分階数を指定する（ステップ３１）
。微分階数はｄｌ／ｄＶの場合は１階である。次に、電
圧の等間隔化を行ない（ステップ３２）、平滑化点数を
入力しくステップ３３）、−１階の平滑化微分を行ない
（ステップ３４）、微分結果を例えばＣＲＴに出力する
（ステップ３５）。次に、微分結果が満足い（ものか否
かを判定しくステップ３６）、満足いけばステップ３７
へ移行して微分結果を保存する。満足いかなければステ
ップ３３へ戻り、再度平滑化点数を入力する。
以上の方法により得られたｄ Ｉ／ｄＶ−Ｖの関係を第
７図に示す。第７図では、 １０ｍＶから１０ｍＶの範
囲を表示している。第７図により、ｐｂの超伝導ギャッ
プが検出できた。
７図に示す。第７図では、 １０ｍＶから１０ｍＶの範
囲を表示している。第７図により、ｐｂの超伝導ギャッ
プが検出できた。
（ｉｖ）ＩＥＴスペクトルの検出
測定したＩ−ＶデータをＩＥＴスペク
トルに変換するには、
■コンピュータ６のＩＥＴスペクトルプログラムを起動
させる。
させる。
■使用する実験１−Ｖデータファイルを指定する。
■平滑化に用いるデータ点数を指定する。
これを第１８図のフローチャートに示す。同図において
、まずＩ−Ｖデータファイルを指定してデータを読み込
む（ステップ３０）。次に微分階数を指定する（ステッ
プ３１）。ＩＥＴスペクトルの場合は２階とする。次に
電圧を等間隔化して（ステップ３２）、平滑化点数を入
力しくステップ３３）、２階の平滑化微分を行ない（ス
テップ３４）、微分結果を例えばＣＲＴに出力する（ス
テップ３５）。微分結果が満足い（ものかどうかを判定
しくステップ３６）、満足いけばステップ３７へ移行し
て微分結果を保存する。満足いかなければステップ３３
へ戻り、再度平滑化点数を入力する。
、まずＩ−Ｖデータファイルを指定してデータを読み込
む（ステップ３０）。次に微分階数を指定する（ステッ
プ３１）。ＩＥＴスペクトルの場合は２階とする。次に
電圧を等間隔化して（ステップ３２）、平滑化点数を入
力しくステップ３３）、２階の平滑化微分を行ない（ス
テップ３４）、微分結果を例えばＣＲＴに出力する（ス
テップ３５）。微分結果が満足い（ものかどうかを判定
しくステップ３６）、満足いけばステップ３７へ移行し
て微分結果を保存する。満足いかなければステップ３３
へ戻り、再度平滑化点数を入力する。
以上の方法により得られたＩＥＴスペクトルを第８図に
示す。３１０ｃｍ−’にＡｌフォノンのピークが検出で
き、９１０Ｃｍ−’にＡｌ０Ｘのピーク、３４５０ ｃ
ｍ−’にＡ Ｉ Ｏｘのピークが検出できた。
示す。３１０ｃｍ−’にＡｌフォノンのピークが検出で
き、９１０Ｃｍ−’にＡｌ０Ｘのピーク、３４５０ ｃ
ｍ−’にＡ Ｉ Ｏｘのピークが検出できた。
次に、トンネル接合内に微量な有機物（安息香酸）をド
ープさせた場合について例をあげる。上記と同様な方法
を用いて得られたｒ−ｖ特性を第９図に示し、ＩＥＴス
ペクトルを第１０図、第１１図、第１２図に示す。第１
０図は平滑化の点数（ｍ＝５）が少なくノイズを除去し
きれなかった場合である。第１２図は逆に平滑化の点数
（ｍ＝４１）が大きすぎて、ピークがなまってしまった
場合である。第１１図は平滑化の点数（ｍ＝２３）が適
当な場合である。ＩＥＴスペクトルにおいては安息香酸
の各分子振動に対応するピークが検出できる。
ープさせた場合について例をあげる。上記と同様な方法
を用いて得られたｒ−ｖ特性を第９図に示し、ＩＥＴス
ペクトルを第１０図、第１１図、第１２図に示す。第１
０図は平滑化の点数（ｍ＝５）が少なくノイズを除去し
きれなかった場合である。第１２図は逆に平滑化の点数
（ｍ＝４１）が大きすぎて、ピークがなまってしまった
場合である。第１１図は平滑化の点数（ｍ＝２３）が適
当な場合である。ＩＥＴスペクトルにおいては安息香酸
の各分子振動に対応するピークが検出できる。
（ｖ）ＩＥＴスペクトルのデータ処理
ｒＥＴスペクトルのベースライン補正
およびピークの分離を行なう。
■ピーク候補の決定
上記（ｉｖ）の方法により得られたＩＥＴスペクトルを
さらに平滑化微分し、ピークの極大、極小値を求める。
さらに平滑化微分し、ピークの極大、極小値を求める。
この際、平滑化微分に用いる点数ｎを調整することによ
り、候補ピーク個数の制御が可能である。ピークの候補
を決定するには、（ａ）コンピュータ６のピーク候補決
定プログラムを起動させる。
り、候補ピーク個数の制御が可能である。ピークの候補
を決定するには、（ａ）コンピュータ６のピーク候補決
定プログラムを起動させる。
（ｂ）使用する実験Ｉ−Ｖデータファイルを指定する。
（Ｃ１検出するピーク候補の数を決定するパラメータを
入力する。
入力する。
これを第１９図のフローチャートに示す。同図において
、まずＩ−Ｖデータファイルを指定しくステップ４０）
、すでに二階微分の計算をしであるか否かを判断する（
ステップ４１）。二階微分の計算をしてなければステッ
プ４２で、前述した（ｉｖ）項のＩＥＴスペクトルの検
出を実行する。
、まずＩ−Ｖデータファイルを指定しくステップ４０）
、すでに二階微分の計算をしであるか否かを判断する（
ステップ４１）。二階微分の計算をしてなければステッ
プ４２で、前述した（ｉｖ）項のＩＥＴスペクトルの検
出を実行する。
二階微分の計算をしてあればスペクトル４３へ移行して
二階微分のデータを読み込む。次に、ピーク候補数を決
定するパラメータを入力しくステップ４４）、平滑化微
分法によりピーク候補を決定しくステップ４５）、結果
を例えばＣＲＴに表示する（ステップ４６）。結果が満
足いくものか否かを判断しくステップ４７）、満足いけ
ばステップ４８へ移行してピーク候補の結果を保存する
。
二階微分のデータを読み込む。次に、ピーク候補数を決
定するパラメータを入力しくステップ４４）、平滑化微
分法によりピーク候補を決定しくステップ４５）、結果
を例えばＣＲＴに表示する（ステップ４６）。結果が満
足いくものか否かを判断しくステップ４７）、満足いけ
ばステップ４８へ移行してピーク候補の結果を保存する
。
満足いかなければステップ４４へ戻り、再度ピーク候補
数を決定するパラメータを入力する。
数を決定するパラメータを入力する。
以上の方法ｇこより得られたピーク候補を第１３図、第
１４図に示す。第１３図はｎ＝１３、第１４図はｎ＝４
３の場合である。
１４図に示す。第１３図はｎ＝１３、第１４図はｎ＝４
３の場合である。
■ピークの分離
前述した（ｉｖ）項の方法により得られた■ＢＴスペク
トルのピーク分離を行なう。ＩＥＴスペクトルとして、
電圧Ｖの多項式で表わせられるベースラインの上にガウ
ス型或いはローレンツ型ピークが重畳しているモデルを
使用する。非線形最小二乗法により、最適なピークパラ
メータ（ピーク位置、ピーク強度、半値半幅）とベース
ラインの多項式係数を決定する。非線形最小二乗法の初
期値として■で検出したピーク候補を選ぶ。ピークの分
離を行なうには、 （ａｌコンピュータ６のピーク分離プログラムを起動さ
せる。
トルのピーク分離を行なう。ＩＥＴスペクトルとして、
電圧Ｖの多項式で表わせられるベースラインの上にガウ
ス型或いはローレンツ型ピークが重畳しているモデルを
使用する。非線形最小二乗法により、最適なピークパラ
メータ（ピーク位置、ピーク強度、半値半幅）とベース
ラインの多項式係数を決定する。非線形最小二乗法の初
期値として■で検出したピーク候補を選ぶ。ピークの分
離を行なうには、 （ａｌコンピュータ６のピーク分離プログラムを起動さ
せる。
（ｂ）使用する実験１−Ｖデータファイルを指定する。
（Ｃ）ピーク候補ファイルを指定する。
これを第２０図のフローチャートに示す。同図において
、まずＩ−Ｖデータファイルを指定しくステップ５０）
、すでに二階微分の計算をしであるか否かを判断しくス
テップ５１）、二階微分の計算をしてなければ前述の（
ｉｖ）項のＩＥＴスペクトルの検出を実行しくステップ
５２）、二階微分の計算をしてあれば二階微分のデータ
を読み込む（ステップ５３）。次に、ピーク候補を求め
であるか否かを判断しくステップ５４）、ピーク候補を
求めてなければ（Ｖ）■項のピーク候補の決定を実行し
くステップ５５）、ピーク候補を求めてあればピーク候
補ファイルを読み込む（ステップ５６）。次に、非線形
最小二乗法によりピークを分離しくステップ５７）、そ
の結果を例えばＣＲＴに表示しくステップ５８）、その
結果が満足い（ものか否かを判断する（ステップ５９）
。満足いくものであれば上記ピーク分離の結果を保存す
る（ステップ６０）。満足いかなければステップ５５へ
戻り、再度（Ｖ）■項のピーク候補の決定を実行する。
、まずＩ−Ｖデータファイルを指定しくステップ５０）
、すでに二階微分の計算をしであるか否かを判断しくス
テップ５１）、二階微分の計算をしてなければ前述の（
ｉｖ）項のＩＥＴスペクトルの検出を実行しくステップ
５２）、二階微分の計算をしてあれば二階微分のデータ
を読み込む（ステップ５３）。次に、ピーク候補を求め
であるか否かを判断しくステップ５４）、ピーク候補を
求めてなければ（Ｖ）■項のピーク候補の決定を実行し
くステップ５５）、ピーク候補を求めてあればピーク候
補ファイルを読み込む（ステップ５６）。次に、非線形
最小二乗法によりピークを分離しくステップ５７）、そ
の結果を例えばＣＲＴに表示しくステップ５８）、その
結果が満足い（ものか否かを判断する（ステップ５９）
。満足いくものであれば上記ピーク分離の結果を保存す
る（ステップ６０）。満足いかなければステップ５５へ
戻り、再度（Ｖ）■項のピーク候補の決定を実行する。
以上の方法によってピーク分離を行なった結果を第１５
図、第１６図に示す。第１５図は求めたガウス型ピーク
のパラメータとベースラインのパラメータからスペクト
ル再合成したもの、第１６図は分離して表示したもので
ある。
図、第１６図に示す。第１５図は求めたガウス型ピーク
のパラメータとベースラインのパラメータからスペクト
ル再合成したもの、第１６図は分離して表示したもので
ある。
以上説明したように本発明は、トンネル接合の電流電圧
特性測定だけで総合的なトンネル特性の解析を実現した
ことにより、パラメータを入力するだけで必要な情報を
直ちに得ることができる効果がある。この方法で得られ
たＩＥＴスペクトルは従来の技術で得られなかった分子
振動ピークの絶対値を求めることができ、また、スペク
トル処理（ベースライン補正、ピーク分離など）を行な
うことにより、より高感度で定量性に優れた電極金属と
の表面反応の解析、吸着状態の解析、微量有機分子の検
出、電子遷移の観測が可能となる。
特性測定だけで総合的なトンネル特性の解析を実現した
ことにより、パラメータを入力するだけで必要な情報を
直ちに得ることができる効果がある。この方法で得られ
たＩＥＴスペクトルは従来の技術で得られなかった分子
振動ピークの絶対値を求めることができ、また、スペク
トル処理（ベースライン補正、ピーク分離など）を行な
うことにより、より高感度で定量性に優れた電極金属と
の表面反応の解析、吸着状態の解析、微量有機分子の検
出、電子遷移の観測が可能となる。
この他、この方法によるトンネルスペクトロスコピーの
測定は、超伝導体の定量的なフォノンスペクトルの観測
、バンドギャップ内の半導体表面準位の決定をも可能と
した。特に本発明による解析系はトンネル素子型分子デ
バイスの実現に向けての基礎的知見を得るための基本技
術となるものであり、本発明を適用することによりトン
ネル接合の評価、解析効率が飛躍的に向上するものであ
る。この技術が電子工業の分野に普及すれば、現在の集
積回路に代表される電子デバイスを越えた分子デバイス
開発への弾みがつき、工業界および−ｍ社会への波及効
果は極めて大きい。また、この技術によれば、極微量の
有機物の分析が可能であり、生体有機物などに適用する
ことにより、医療関係の分野に及ぼす影響も大きい。
測定は、超伝導体の定量的なフォノンスペクトルの観測
、バンドギャップ内の半導体表面準位の決定をも可能と
した。特に本発明による解析系はトンネル素子型分子デ
バイスの実現に向けての基礎的知見を得るための基本技
術となるものであり、本発明を適用することによりトン
ネル接合の評価、解析効率が飛躍的に向上するものであ
る。この技術が電子工業の分野に普及すれば、現在の集
積回路に代表される電子デバイスを越えた分子デバイス
開発への弾みがつき、工業界および−ｍ社会への波及効
果は極めて大きい。また、この技術によれば、極微量の
有機物の分析が可能であり、生体有機物などに適用する
ことにより、医療関係の分野に及ぼす影響も大きい。
第１図は本発明に係わるトンネル素子解析装置の一実施
例が適用された測定システム番示す系統図、第２図は本
発明に係わるトンネル素子解析装置の一実施例を構成す
る測定系を示す系統図、第３図は本発明に係わるトンネ
ル素子解析装置の一実施例を構成する解析系を示す系統
図、第４図は本装置が適用された測定システムで使用す
るトンネル接合の断面図、第５図はＡｌ／ＡｆｆｉＯＸ
／Ｐｂ接合のトン氷ル電流−電圧特性を示すグラフ、第
６図はＡＪ／ＡｇｏＸ／Ｐｂ接合のポテンシャルバリア
の模式図、第７図はコンダクタンス対電圧特性を示すグ
ラフ、第８図はＡＩ／／Ｍ！Ｏｘ／ｐｂ接合のＩＥＴス
ペクトルを示すグラフ、第９図はＡ１１Ａｌｔｏ、／安
息香酸／Ｐｂ接合のトンネル電流対電圧特性を示すグラ
フ、第１０図はＡＩｔ／Ａ１０．／安息香酸／Ｐｂ接合
のＩＥＴスペクトル（ｍ＝５）を示すグラフ、第１１図
は／ｌ ’／Ａ１ｏ、／安息香酸／Ｐｂ接合のＩＥＴ
スペクトル（ｍ＝２３）を示すグラフ、第１２図はＡ／
２／Ａ ＩＩＯ，／安息香酸／Ｐｂ接合のＩＥＴスペク
トル（ｍ＝４１）を示すグラフ、第１３図はＩＥＴスペ
クトルのピーク候補（ｎ＝１３）を示すグラフ、第１４
図はＩＥＴスペクトルのピーク候補（ｎ＝４３）を示す
グラフ、第１５図、第１６図はピーク分離の結果を示す
グラフ、第１７図はポテンシャルバリアの計算における
動作を説明するためのフローチャート、第１８図はｄｉ
／ｄＶスペクトルの検出およびＩＥＴスペクトルの検出
における動作を説明するためのフローチャート、第１９
図はピーク候補の決定における動作を説明するだめのフ
ローチャート、第２０図はピークの分離における動作を
説明するためのフローチャートである。 １・・・トンネル素子冷却装置、２・・・交流ブリッジ
回路、３・・・電源、４・・・電流計、５・・・電圧計
、６・・・コンピュータ、７・・・プロッタ、６１・・
・ＣＰＵ、６２・・・人力部、６３・・・データ出力部
、６４・・・データ入力部、６５・・・外部メモリ、６
６・・・内部メモリ、６７・・・表示部、６８・・・Ｃ
ＲＴ。
例が適用された測定システム番示す系統図、第２図は本
発明に係わるトンネル素子解析装置の一実施例を構成す
る測定系を示す系統図、第３図は本発明に係わるトンネ
ル素子解析装置の一実施例を構成する解析系を示す系統
図、第４図は本装置が適用された測定システムで使用す
るトンネル接合の断面図、第５図はＡｌ／ＡｆｆｉＯＸ
／Ｐｂ接合のトン氷ル電流−電圧特性を示すグラフ、第
６図はＡＪ／ＡｇｏＸ／Ｐｂ接合のポテンシャルバリア
の模式図、第７図はコンダクタンス対電圧特性を示すグ
ラフ、第８図はＡＩ／／Ｍ！Ｏｘ／ｐｂ接合のＩＥＴス
ペクトルを示すグラフ、第９図はＡ１１Ａｌｔｏ、／安
息香酸／Ｐｂ接合のトンネル電流対電圧特性を示すグラ
フ、第１０図はＡＩｔ／Ａ１０．／安息香酸／Ｐｂ接合
のＩＥＴスペクトル（ｍ＝５）を示すグラフ、第１１図
は／ｌ ’／Ａ１ｏ、／安息香酸／Ｐｂ接合のＩＥＴ
スペクトル（ｍ＝２３）を示すグラフ、第１２図はＡ／
２／Ａ ＩＩＯ，／安息香酸／Ｐｂ接合のＩＥＴスペク
トル（ｍ＝４１）を示すグラフ、第１３図はＩＥＴスペ
クトルのピーク候補（ｎ＝１３）を示すグラフ、第１４
図はＩＥＴスペクトルのピーク候補（ｎ＝４３）を示す
グラフ、第１５図、第１６図はピーク分離の結果を示す
グラフ、第１７図はポテンシャルバリアの計算における
動作を説明するためのフローチャート、第１８図はｄｉ
／ｄＶスペクトルの検出およびＩＥＴスペクトルの検出
における動作を説明するためのフローチャート、第１９
図はピーク候補の決定における動作を説明するだめのフ
ローチャート、第２０図はピークの分離における動作を
説明するためのフローチャートである。 １・・・トンネル素子冷却装置、２・・・交流ブリッジ
回路、３・・・電源、４・・・電流計、５・・・電圧計
、６・・・コンピュータ、７・・・プロッタ、６１・・
・ＣＰＵ、６２・・・人力部、６３・・・データ出力部
、６４・・・データ入力部、６５・・・外部メモリ、６
６・・・内部メモリ、６７・・・表示部、６８・・・Ｃ
ＲＴ。
Claims (1)
- トンネル接合の電流電圧特性を測定し得られたデータ
を記憶する記憶部を有する測定系と、前記データを必要
に応じて選択的に取り出し予め設定されたフローチャー
トに従い解析する解析系とからなることを特徴とするト
ンネル素子解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62269842A JPH01111347A (ja) | 1987-10-26 | 1987-10-26 | トンネル素子解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62269842A JPH01111347A (ja) | 1987-10-26 | 1987-10-26 | トンネル素子解析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01111347A true JPH01111347A (ja) | 1989-04-28 |
Family
ID=17477945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62269842A Pending JPH01111347A (ja) | 1987-10-26 | 1987-10-26 | トンネル素子解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01111347A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02126359U (ja) * | 1989-03-28 | 1990-10-18 | ||
| US8368380B2 (en) | 2010-03-31 | 2013-02-05 | General Electric Company | Devices and methods for electric field sensing |
| US8604772B2 (en) | 2010-03-31 | 2013-12-10 | General Electric Company | MEMS-based resonant tunneling devices and arrays of such devices for electric field sensing |
-
1987
- 1987-10-26 JP JP62269842A patent/JPH01111347A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02126359U (ja) * | 1989-03-28 | 1990-10-18 | ||
| US8368380B2 (en) | 2010-03-31 | 2013-02-05 | General Electric Company | Devices and methods for electric field sensing |
| US8604772B2 (en) | 2010-03-31 | 2013-12-10 | General Electric Company | MEMS-based resonant tunneling devices and arrays of such devices for electric field sensing |
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