分子線の運動・振動エネルギーが表面反応に及ぼす効果

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05453015
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 楠 勲 東北大学, 科学計測研究所, 教授 (30025390)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高岡 毅 東北大学, 科学計測研究所, 助手 (90261479)
• Keywords: 分子線 / イオンビーム / シリコン / 炭化反応 / 窒化反応 / XPS

Research Abstract

気体分子と固体表面との反応機構を研究するために開発した分子線装置と複合表面分析装置を用いて、シリコン表面の炭化および窒化反応について研究した。
炭化反応については、エチレン分子線を加熱したシリコン表面に照射し、反応生成物をX線光電子分光(XPS)、低速電子回折(LEED)などで調べた。この場合、炭化反応は600℃以上で起こる事が確認され、反応初期にはシリコン表面に炭素原子が規則的に配列するのがLEEDパタンから観測された。シリコン炭化膜が成長する過程では、表面に付着した炭素原子と固体内部から拡散してきたシリコン原子が表面で反応する。本実験条件下では680℃で反応速度が最大になる。この温度より低温側では、シリコン拡散が律速になり、炭素過多で結合の乱れたシリコン炭化層ができる。逆に高温側では、シリコン過多な炭化層を形成する。
窒化反応はN_2^+イオンビームを室温のシリコン表面に照射して調べた。100-1000eVの範囲でイオンの運動エネルギーを変化させ、窒化膜の形成過程をXPSで追跡した。イオン照射量の増加につれて、シリコン原子に結合する窒素原子数が増加し、やがて飽和する様子がXPSスペクトルの解析から得られた。低エネルギー側では良い膜ができるが、高エネルギー側では多くの欠陥が発生する。この欠陥は高温でのアニーリングによってかなり解消することが判った。

Research Products

• [Publications] T.Hashimoto: "Positive ion fractions of recoiled Al and O from O-adsorbed Al surfaces by low-energy ion bombardment" Surface Science. 319. 353-362 (1994)
• [Publications] I.Kusunoki: "Nitridation of a Si(100) surface by 100-1000eV N_21^+ ion beams." Journal of Chemical Physics. 101. 8238-8245 (1994)
• [Publications] 岩澤康裕・小間篤編: "表面の化学,第四章分子線と表面" 丸善, 18/249 (1994)