歪みを考慮した結晶成長理論

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12640380
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 齋藤 幸夫 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (20162240)
• Keywords: 格子不整合 / 歪み / 格子模型 / ヘテロエピタキシ / 結晶成長理論 / ステップ間反発力 / ステップの不安定性

Research Abstract

半導体表面に原子を蒸着してエピタキシャル成長させるとき、吸着層や基板内に歪みが生じる。それが結晶表面上に様々の不安定性を引き起こすため、多様な表面形態が生み出される。この自発的な形態形成を利用して、ナノメーター・スケールの微細加工をつくる試みもある。本研究ではその基礎的理解のためのモデルを構築している。
「歪みを考慮した結晶の格子模型」を考え,ヘテロエピタキシャル成長の状況に適用している。本年度は、固い基板表面上に、格子定数の違う原子を吸着してできる吸着島の平衡形を調べ,界面エネルギーや歪みエネルギーの関数として相図にまとめた。基盤が柔らかい場合の吸着島の形態については、グリーン関数を用いた計算を行い、論文にまとめている最中である。
その他、Siの(100)は表面再構成をしているため,平らなテラス面には二種類あり,そこから少し傾いた微斜面上に整列したステップにも二種類ある。ここで,二種類のテラス上で拡散係数の異方性が異なるため,電場で吸着原子を流すと,ステップの不安定性が生じる。ここに歪みを介した反発力があると、ステップは蛇行不安定性を生じ、それが規則的な溝を形成することが解析的また数値シミュレーションにより示された。Si(111)表面上でも、歪みエネルギーのために、ステップを挟んで表面再構成をした面としていない面が共存し,両面の拡散定数が違うことから、ステップの蛇行不安定性が生じることが示された。

Research Products

• [Publications] M.Sato: "Step bunching induced by drift of adatoms with anisotropic surface diffusion"Journal of Crystal Growth. 237-239・Part1. 43-46 (2002)
• [Publications] H.Uemura: "Equilibrium Shape of a Heteroepitaxial Island"Journal of Physical Society of Japan. 71・5. 1296-1307 (2002)
• [Publications] M.Sato: "Step Wandering induced by the drift of adatoms in a conserved system"Physical Review B. 65. 245427-1-245427-6 (2002)
• [Publications] R.Kato: "Step Wandering due to the Gap in Diffusion Coefficient on the Upper and the Lower Terraces"Surface Sciences. 522. 64-74 (2003)
• [Publications] M.Sato: "Step repulsion Mediates Wandering on a Si(001) Vicinal Face"Physical Review B. 67(To appear). (2003)