半導体用語集
走査型トンネル顕微鏡（STM）
英語表記：STM: Scanning Tunneling Microscope
STMは1982年IBMチューリッヒ研究所のBinnig，Rohrerらによって発明された。図1に示すように金属の探針を導電性試料に1nm程度までに近づけて，両者間に微少電圧を印加すると電子のトンネル効果によりトンネル電流と呼ばれる電流が流れる。このトンネル電流は両者の距離の変化に敏感で，0.1nmの変化に対し最大1桁変化する。そこで，金属探針を三次元駆動できる精密アクチュエータに取りつけ，トンネル電流が一定になるように探針を上下させながら試料面を走査すれば両者の距離は一定に保たれ，探針は試料表面凹凸を原子の尺度でなぞることになる。この時精密アクチュエータに加えた電圧を画像化すれば，これが試料表面の形状に対応することになる。これがSTMの測定原理である。
STMの特徴としては，
(1)高分解能である。
垂直方向0.01nm，水平方向0.3nm程度の分解能がえられる。この高分解能の最初の実は，1982年に発明者によってなされたSi(111)面の7×7構造の観察である。それまで仮定でしかなかった原子の再配列構造を実空間でとらえることができた。
(2)測定環境の自由度が大きい。
原理的には大気中，真空中，液中で動作する。大多数の試料は大気中で測定すれば十分なため，高い分解能にもかかわらず測定が容易であるというメリットを享受できる。液中で測定できるという特徴を活かした応用としては化学反応のその場観察があげられる。試料台を電気化学セルで構成し，この中で試料に電気化学反応を与えながら表面変化のその場観察を行うという手法である。SiやGaAsのように大気中に置くと，瞬時に酸素や水分と結合してしまう試料の真性表面の観察は超高真空チャンバ内で行う。
(3)試料表面の電子状態の測定
バイアス電圧とトンネル電流の関係を精度よく測定することにより，トンネル現象に関与するいろいろな状態のエネルギーを調べることができる。
応用としては，
(1)金属，半導体，超伝導体，有機物の原子，分子レベルでの表面構造観察。
(2)Siウェハ，光学部品などの超精密加工表面の粗さ測定。
(3)試料表面の電子状態の測定。
STMは測定原理から導電性試料が対象となる。STMで絶縁物を測定する場合は，試料表面に金，白金などの導電物質をコーティングしなければならないが，これだと試料の真の表面形状が失われてしまう。現在では絶縁物はもちろんのこと，導電性物質でも形状測定は，原子力間顕微鏡（AFM）を用いるのが一般的になっている。
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