1996 Fiscal Year Annual Research Report
シリコン酸化膜/シリコン界面形成の原子スケール制御による超平坦界面の実現
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08455023
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Musashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
服部 健雄 武蔵工業大学, 工学部, 教授 (10061516)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野平 博司 武蔵工業大学, 工学部, 講師 (30241110)
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| Keywords | シリコン酸化膜 / Si-SiO2 / 界面構造 / 原子スケール / 酸化膜の層状成長 / 酸化反応 / 価電子帯 / 価電子帯の不連続量 |
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| Research Abstract |
界面における酸化反応が層状に生じている領域の大きさを調べるために、3種類のテラス幅のシリコン基板を用意して、酸化の進行に伴う界面構造の変化を調べた。酸化前の水素終端したSi(111)-1×1面には2原子ステップが存在し、2原子層が酸化されると膜厚が0.7nmに達する。したがって、膜厚0.7nm以上では3層目の酸化と隣接するテラスの酸化が干渉し始める。テラス幅が十分大きい場合、膜厚0.7nm以上膜厚1.1nmまではSi^<1+>の量が増加するので、Si^<1+>の形成が上記の干渉の影響を受ける。すなわち、テラス幅が6nmの場合には、膜厚1.1nm以上で干渉の影響が現れる。一方、テラス幅が3nmの場合には、膜厚0.7nm以上で干渉の影響が現われる。したがって、膜厚0.7nmにおける酸化膜の層状成長領域の大きさは3〜6nmであると結論される。次に、界面構造が価電子帯に及ぼす影響を調べるために、表面検出感度の大きくなる光電子の脱出角15度においてSiO_2/Si系のAlKα線励起価電子帯スペクトルの酸化の進行に伴う変化を測定し、膜厚の接近した酸化膜の価電子帯スペクトルの差をとることによりシリコン基板からの価電子帯スペクトルを取り除き、酸化膜表面の価電子帯スペクトルを抽出した。膜厚が0.9nmを越えると、シリコン基板の価電子帯端の上端を基準として測定した酸化膜表面の価電子帯端の上端は約0.2eVだけ変化し、バルクの酸化膜の価電子帯端の上端の値である4.3eVに漸近する。更に、酸化の進行に伴う界面構造の変化に対応して酸化膜の価電子帯の上端が変化することを見い出した。これは、酸素原子の方がシリコン原子より電気陰性度が大きいために、Si^<3+>からなる界面における価電子帯端の上端の不連続量が、Si^<1+>からなる界面における価電子帯端の上端の不連続量より大きくなるとして理解できる。
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[Publications] T.Hattori,K.Watanabe,M.Ohashi,M.Matsuda and M.Yasutake: "Electron tunneling through chemical oxide of silicon" Applied Surface Science. 102. 86-89 (1996)
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[Publications] T.Hattori,T.Aiba,E.Iijima,Y.Okube.H.Nohira,N.Tate and M.Katayama:"Initial stage of oxidation of hydrogen-terminated silicon surfaces" Applied Surface Science. 104/105. 323-328 (1996)
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[Publications] H.Nohira,H.Sekikawa,M.Matsuda and T.Hattori: "Effect of chemical preoxidation treatment on the structure of SiO_2/Si interface" Applied Surface Science. 104/105. 359-363 (1996)
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[Publications] M.Ohashi and T.Hattori: "Correlation between surface microroughness of silicon oxide film and SiO_2/Si interface structure" Japanese Journal of Applield Physics. 36・4A. L397-L399 (1997)
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[Publications] A.Omura,H.Sekikawa and T.Hattori: "Lateral size of atomically flat oxidized region on Si (111) surface" to be published in Applied Surface Science. (1997)
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[Publications] H.Nohira and T.Hattori: "SiO_2 valence band near the SiO_2/Si (111) interface" to be published in Applied Surface Science. (1997)
