表面変性エピタクシ-

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03243212
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 高柳 邦夫 東京工業大学, 理学部, 教授 (80016162)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 嘉伸 東京工業大学, 総合理工学研究科, 助手 (60225076)
• Keywords: 表面変性エピタクシ- / エピタクシャル成長 / シリコン(111)表面のホモエピタクシ- / 錫を界面活性とするシリコン成長

Research Abstract

シリコン(111)表面に錫(Sn)を一原子層蒸着した表面と、清浄なシリコン(Si)表面について、Siのホモエピタクシャル成長の過程を超高真空・高分解能電子顕微鏡を用いて"その場"観察した。表面に一定の間隔でステップがあるとき(すなわち微斜面)、このステップ間隔λと基板温度を変えて成長過程の関連を調ベた。あるλの表面では、基板温度Tが低いと島成長が起こり、温度が高いとステップ成長(step flow)が起こる。また、一定の基板温度では、λが長くなるとステップ成長から島成長に変わる。この臨界のステップ間隔を"臨界ステップ間隔"λcと定義した。このλcが、Snをつけた表面では清浄なSi表面にくらべて数倍長くなる事を見いだした。
λcとTの関係を求め、それから成長過程の解析を行なった。解折は、ステップ成長に関する古典的なBCF理論と、島成長の関する原子論と言われるWaltonの理論を用いて行なった。その結果、Snでおおわれた表面(同じ基板温度)でλcが長くなることは、島成長の過程に必要な臨界核の形成が抑えられるためで、臨界核の大きさも清浄なSi表面では1原子であるのに対し、Snでおおわれた表面では3原子程度の大きさとなっていることが示された。成長過程のその場観察から、Snでおおわれた表面では、Si原子がその上に付着してもSnが表面に偏析することが顕微鏡観察から分かった。臨界核が大きいのも、偏析に要する活性化エネルギ-と連すると推察されるが、島形成の過程はまだ具体的に分かっていない。

Research Products

• [Publications] S.Iwanari;K.Takayanagi: "Surfactant Epitaxy of Si on Si(111)Mediated by Sn" Jpn.J.Appl.Phys.30. L1978-L1981 (1991)
• [Publications] 高柳 邦夫: "表面変性エピタクシ-" 応用物理学会誌. 60. 1227-1230 (1991)
• [Publications] S.Iwanari;K.Takayanagi: "Surfactant Epitaxy of Si(111),Part I:Reflection Electron Microscope Observation of the Growths with and without without a Sn Layer Mediated Step Flow" Jpn.Cryst.Growth.
• [Publications] S.Iwanari;Y.Kimura;K.Takayanagi: "Surfactant Epitaxy of Si on Si(111),Part II:Critical Step Flow of the Growths with and without without the Mediate" Jpn.Cryst.Growth.