紫外励起光電子放射を利用する大気下での固体表面分析法の研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04640552
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 文珠四郎 秀昭 大阪大学, 理学部, 助手 (80191071)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 巌 大阪大学, 理学部, 助教授 (50028239)
• Keywords: 光電子放射分光 / 仕事関数 / 表面分析 / 化学修飾

Research Abstract

今年度は、光電子放射スペクトルと試料の価電子帯の電子構造の関係について重点的に研究を行なった。
まず、光電子放射スペクトルを精密に測定するために、以下のような測定装置および測定方法の改良を行なった。(1)現有の光電子カウンターの正確なキャリブレーションを行なう方法を考案した、(2)試料への入射紫外線強度を正確に測定した、(3)測定条件を一定に保つため、光電子カウンター内に乾燥空気を定常的に送り込んだ、など。以上の改良により光電子放射スペクトルの再現性の良い測定が可能となった。
各種の不純物濃度のシリコンウエハーの光電子放射スペクトルを測定、解析した結果、n型で不純物濃度が高いものは光電子放射しきいエネルギーEtが小さく、p型で不純物濃度が高いものほどEtが大きくなることがわかった。また、光電子放射収率Yは、上とは逆の傾向を示した。これらの結果は、シリコンウエハー表面近傍の価電子帯のバンドの曲がりによって説明でき、EtおよびYの物理的な意味を明らかにすることができた。また、光電子放射スペクトルの解析法として1次微分解析法が有効であり、この1次微分スペクトルが試料の価電子帯の電子密度分布とその深さ方向分布に対応していることがわかった。この解析法を用いれば、EtやYからだけでは区別が困難なシリコン(111)面と(100)面を容易に区別できることを示した。
さらに、各種のチオールを用いて表面化学修飾した金表面についても光電子放射スペクトルの測定を行ない、表面に修飾するチオールの種類によってEt、Y、スペクトルの形状が大きく変化することを見い出した。この結果は、本法が表面状態に非常に敏感であることを示している。しかし、現在のところこの変化の原因については充分に理解できていない。