X線回折・散乱による半導体表面上低次元金属の相転移研究

• Project/Area Number: 17740206
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: 田尻 寛男 (財)高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門・構造物性Iグループ, 研究員 (70360831)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2006: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 半導体表面 / X線回折・散乱 / 放射光 / 表面相転移 / 低次元金属

Research Abstract

本研究では次の二点を行った。
1.従来の表面X線回析法に比べ測定効率が高い透過X線回析法の確立と表面X線回析装置の準備。
2.X線回析・散乱の温度依存性測定によるSi(111)-【square root】3×【square root】3-Agの表面相転移に伴う構造変化の追跡。
1について、表面相転移由来のX線回析・散乱は微弱であるため、バックグラウンドを低減させるX線遮蔽機構を表面X線回析装置に組み込んだ。直接通電による試料加熱機構と液体窒素冷却装置の組み合わせにより、試料温度を120Kから1400Kまで調製できる透過X線回析用試料マニピュレータを整備した。透過X線回析実験で不可欠である、結晶内部由来の熱散漫散乱を低減するための基板試料の薄膜化技術を確立した。数ミクロン厚の基板を化学エッチングにより作製することができる。以上の整備により、Si(111)- 【square root】3×【square root】3-Agの長周期構造由来の透過X線回析パターンを精度よく測定できた。
2について、変位型表面相転移を起こすと考えられるSi(111)- 【square root】3×【square root】3-Agについて、相転移温度(150K)近傍での透過X線回析・散乱パターンの温度依存性を測定した。透過X線回析実験は、大型放射光施設SPring-8の表面界面構造解析ビームラインBL13XUぶ設置された表面X線回析装置を用いて行った。相転移温度近傍で表面フォノンのソフト化による表面X線熱散漫散乱のエンハンスを期待したが、明瞭な散漫散乱パターンは得られなかった。より信号対ノイズ比の高い測定が可能な回析装置の整備が必要であると結論した。この表面相転移の転移点付近での構造変化を追跡するため、表面X線回析強度(分数次反射)の温度依存性について、非調和熱振動を取り入れた精密構造解析を進めている。