赤外反射分光法による半導体電極-溶液界面反応機構の研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09237208
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 庭野 道夫 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (20134075)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠田 義晴 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (20232986)
• Keywords: 半導体 / 赤外分光 / 多重反射 / 固液界面 / 電極反応 / 反応機構 / 酸化 / エッチング

Research Abstract

半導体の固体/溶液界面は、エッチングや溶液酸化などさまざまな半導体プロセス反応の舞台となっているが、その化学状態、表面構造は未知の部分が多い。本研究では、多重内部反射赤外分光法を用いて、SiやGaAsの固体/溶液界面の化学状態(吸着分子種や吸着状態)を様々な反応条件下でその場分析することにより、半導体固液界面反応機構を解明することを目的とした。
本研究の研究成果は以下の通りである。
(1)純水中のSi表面の水素置換反応と酸化反応過程の解明
純水中のSi(100)表面の化学状態を"その場"観察した。H2O中と重水(D2O)中のSi(100)表面のSi-H伸縮振動スペクトルを解析した結果、純水中の水素終端Si表面上で表面Si-H種の水素原子と水分子の水素原子が置換することを確かめた。また、純水中の水素終端Si表面の酸化過程を調べた。希HF溶液で処理して水素終端したSi(100)表面を純水中に長時間浸した時のSi-H伸縮振動スペクトルの変化を、大気中に長時間放置した時のSi-H伸縮振動スペクトルの変化と比較した結果,大気中酸化の場合に現れていた中間酸化状態が純水中酸化では全く現れていないという新しい事実を明らかにした。
(2)半導体固液界面状態の光照射効果の解明
純水中のSi(100)表面に低圧水銀ランプからの紫外光を照射して表面化学状態の変化を調べた。紫外線を照射することによって酸化が極端に速まることが分かった。紫外光を照射によって、半導体表面付近には電子空孔が生成され、この電子あるいは空孔が酸化を早める働きをしたと考えられる。

Research Products

• [Publications] Michio Niwano et al.: "Hydrogen Exchange Reaction on Hydrogen-Terminated (100) Si Surface during Storage in Water" Journal of The Electrochemical Society. (印刷中). (1998)
• [Publications] Michio Niwano et al.: "Oxidation processes on H_2O-chemisorbed Si (100) surface studied by in-situ infrared spectroscopy" Surface Science. (印刷中). (1998)
• [Publications] Miyako Terashi et al.: "Hydrogen adsorption and desorption processes on Si (100)" Applied Surface Science. (印刷中). (1998)
• [Publications] 久下純子 他: "Si表面上水素吸着・脱離過程の赤外分光“その場"観察" 電子情報通信学会技術研究報告. SDM97. 25-30 (1997)