極微量の水素検知機能をもつ動的反応過程観察装置の開発研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555005
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 上田 一之 大阪大学, 工学部, 助教授 (60029212)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 志水 隆一 大阪大学, 工学部, 教授 (40029046)
• Keywords: Electron stimulated desorption, / ESD, / Hydrogen detection, / Dynamic observation, / Hydrogen, / Adsorption of hydrogen, / Time-of-flight, / TOF-ESD,

Research Abstract

現在までに固体の表面上に存在する水素を検知する表面分析装置は市販されていない。しかしながら、固定表面と水素の相互作用の研究は極めて重要である。超LSIのマイクロデバイスの高品質化に伴い、超清浄化のシリコン基盤が必要とされている。その方法の一つは水素終端化によるシリコン原子の安定化をはかって目的を達しようとすものである。ところが、水素の吸着の実態も,どの程度清浄であるかも判らないままに経験的にプロセスは行われている。本研究では微量の水素でも高感度に検知できるシステムの開発とその応用研究を目的として実施した。
電子励起イオン脱離法による動的観察法の成果としてシリコン単結晶に原子状水素を吸着させることで吸着特性の変化とRHEEDによる観察から表面に水素化物が形成され表面の再配列構造が乱れていくことが判った。これは,Si(111)面よりはSi(100)の方が著しく、また水素の吸着量が大きかった。繰り返し実験を行った結果、Si(100)面のフラット面(+0.5°)と微傾斜面(〜4°)では,水素吸着に対するプロトンのイ-ルドは、500ラングミュア(L)以上の水素吸着に対して大きく異なり、ステップ面の影響が生じているものと思われる。これが分子状の水素を吸着させた時はプロトンのイ-ルドは露出量に対して直線的に増加し、しかもRHEEDの観察によると分子状の水素は表面原子に急速な腐食を生じさせないと見えて、表面の原子配列の構造変化を伴わない。
脱離するプロトンの運動エネルギ-分布曲線の測定から、エネルギ-分布は、2eV,4eVおよび7eV付近にピ-クを持っていることが判る。表面状態の違いに応じてプロトンのしきい値は、21eV〜30eVの間で変化した。エネルギ-分布としきい値からシリコン上に吸着した水素の脱離の機構が判明するはずであるが目下解析中である。

Research Products

• [Publications] A.Takano: "A Study of Oxygen Adsorption Process on a Titanium Single Crystal Surface by Electron Stimulated Desorption." Surface Sci.242. 450-453 (1991)
• [Publications] K.Ueda: "A Study of Hydrogen Adsorption on the Silicon Single Crystal Surfaces by Electron Stimulated Desorption (TOF-ESD)." Surface Sci.242. 454-458 (1991)
• [Publications] K.Ueda: "Auger Valence Electron Spectroscopy of a Structural Phase Transition in Metastable Alpha-Sn Grown on InSb(001)." Vacuum. 42. 547-553 (1991)
• [Publications] A.Takano: "A Study on Energy Distributions of Oxygen Ions Desorbed from CO Adsorbed Ni(110) by Time-of-Flight Type Electron-Stimulated-Desorption (TOF-ESD)" Jpn J.Appl.Phys.,. 30. 1847-51 (1991)
• [Publications] H.Nakayama: "Surface Wave Excitation Auger Electron Spectroscopy of Si(001) Reconstructed Surfaces." Ultramicroscopy,. 39. 329-341 (1991)
• [Publications] K.Ueda: "A Study of Hydrogen Adsorption on Silicon Surfaces by Means of Time-of-Flight Type Electron-Stimulated Desorption." Applied Surface Sci.
• [Publications] A.Takano: "On Kinetic Energy Distribution of Oxygen Ion Desorbed from a CO-Adsorbed Ni(110) by Time-of-Flight Type Electron Stimulated Desorption." Applied Surface Sci.
• [Publications] K.Ueda: "Studies of Hydrogen Adsorption on Silicon (100) Surfaces by Means of Time of Flight Type Electron Stimulated Desorption Spectro-scopy." Vacuum,.
• [Publications] 上田 一之: "電子励起イオン脱離実験による真空の質の検討" 真空. 34. 834-840 (1991)
• [Publications] 上田 一之: "電子励起脱離法による固体表面の水素の高感度検知" 表面科学.