1993 Fiscal Year Annual Research Report
分子線の運動・振動エネルギーが表面反応に及ぼす効果
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05453015
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
楠 勲 東北大学, 科学計測研究所, 教授 (30025390)
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| Keywords | 分子線 / イオンビーム / Si / 炭化反応 / 窒化反応 / 表面 / XPS |
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| Research Abstract |
Si(100)表面の炭化・窒化反応について,低エネルギーイオンビームおよび分子線を用いて研究した。超高真空下で清浄化したSi表面にN_2^+イオンビームのエネルギーを100eVから1000eVまで変化させて,表面反応に及ぼす運動エネルギーの効果を調べた。Si表面は室温ではN_2分子と反応しないが,N_2^+ビームにして運動エネルギーを上げると室温でも反応が進む。表面の反応生成物の化学的結合状態はその場観察でX線光電子分光法(XPS)で調べた。100〜200eVのN_2^+ビーム照射では化学量論的組成をもつ窒化ケイ素(Si_3N_4)膜が形成されるが,運動エネルギーを上げると表面層に多くの欠陥をもつ不飽和結合を含む膜が形成される。
イオンビーム照射による表面反応に対比する目的で,エチレン,アンモニア分子線を用いてSi表面の熱反応についても調べた。この場合,入射ビームの運動エネルギーが極めて低いので,表面温度を600℃以上に上げる必要があった。反応生成物の化学的状態はこの場合もXPS法で詳しく調べた。これらの実験結果から以下のことが判った。
イオンビームの場合は,運動エネルギーによって窒素原子が表面から固体内部に侵入して反応するのに対して,熱エネルギーの分子線では表面での反応が主であり,反応に供するSi原子は固体内部より熱拡散によって表面に運ばれ,炭化層,窒化層が形成される。
表面反応のメカニズムを速度論的立場からモデル的に考察して,反応確率などの情報についても実験から得た。
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[Publications] Isao Kusunoki: "Scanning Auger Microscopy Study of Heterogeneneous Growth of SiC Film on Si(100)by Reaction with a C_2H_2 Beam" Jpn.J.Appl.Phys.32. 2074ー2077 (1993)
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[Publications] K.Sugiyama,Y.Igari,I.Kusunoki: "A molecular beam study of desorption kinetics of GeO from Ge(111)surfaces." Surface Science. 283. 64-69 (1993)
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[Publications] T.Hashimoto,J.Murakami,I.Kusunoki: "Low-energy Ne^+ bombardment on O-adsorbed Be surfaces" Surface Science. 287. 46-49 (1993)
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[Publications] M.Yanagihara,I.Kusunoki 他4名: "Stability of sputtered Mo/BN,W/BN,Mo/B_4C,and W/B_4C soft X-ray multilayers under exposure to multipole-wiggler radiation" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. A334. 638-642 (1993)
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[Publications] 楠勲,外9名: "表面反応研究のための分子線装置と複合表面分析装置の結合" 東北大学科学計測研究所報告. 42(印刷中). (1993)
