2003 Fiscal Year Annual Research Report
有機珪素化合物を用いた炭化珪素エピタキシャル成長における表面反応過程
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14550023
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
安井 寛治 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (70126481)
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| Keywords | 炭化珪素 / エピタキシャル成長 / 表面反応 / 質量分析 |
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| Research Abstract |
申請者はこれまで反射高エネルギー電子線回折装置(RHEED)を用い、ジメチルシラン(DMS)とモノメチルシラン(MMS)各々のSi(001)-2x1清浄表面との反応によるSi表面の構造変化の解析を通して、SiC核発生までに生じる表面反応素過程について考察してきた。そしてXPS測定(ex-situ)よりSiC核発生前に現れるSi c(4x4)構造の表面層にSil-_xC_xアロイ層が形成されていることを見出した。同時に走査型トンネル微鏡装置(STM)を用い、Si(2x1)清浄表面からSi c(4x4)構造、そしてSiC核発生までの各段階おける表面構造を原子スケールで直接観察することによりRHEED観察結果との対応づけを行った。さらにマスフィルタを結晶成長チャンバーに取り付け、有機珪素化合物の反応によりSi表面から脱離する原子や分子、ラジカルを昇温脱離法により観察し、脱離の温度特性を調べ、有機珪素化合物のSi基板表面での反応過程や表面原子の結合構造を解明することを目的に実験を行った。
平成14年度は、Si(100)の清浄表面でのMMSまたはDMSによる反応について、RHEEDにより表面構造の変化をその場観察すると共に表面の原子配列をSTMを用いて詳細に評価した。その結果、SiC核は基板のステップに沿って発生することはなくテラス上にも形成され、またMMSに比べDMSを用いた場合、より高密度に形成されること等が分かった。さらにDMSを用いた場合、直径5nm程度と小さいSiC核が、c(4x4)ドメインの配列方向と同じ<010>軸方向に沿って配列していることが原子間力顕微鏡(AFM)により観察された。
これらの結果をもとに平成15年度には、本研究補助金で購入したマスフィルタをチャンバーに装着、反応表面から発生するラジカル・分子の同定の実験を行った。その結果、基板に吸着し分解したシリル及びメチル基は殆ど脱離することなくSi及びC原子となり基板内に拡散またはSiC核内に取り込まれ、残りの水素のみが脱離することが分かった。さらにRHEEDおよびSTM観察の結果と併せることによりc(4x4)構造形成前の段階で分子内に含まれるSiはダイマー欠損の修復に寄与し、c原子は基板表面層内に拡散しc(4x4)構造の形成に寄与することが推察された。また昇温脱離スペクトルからもc(4x4)構造形成時の表面においてバックボンドにSi-C結合を有する事が窺われ、XPS測定と同様にc(4x4)構造表面層にC原子が拡散していることが確認できた。
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[Publications] Y.Narita, T.Inubushi, Kanii Yasui, T.Aakahane: "Si c(4x4) structure appeared in the initial stage of 3C-SiC epitaxial growth on Si(001) using monomethvlsilane and dimethvlsilane"Applied Surface Science. 212-213. 730-734 (2003)
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[Publications] Y.Narita, T.Inubushi, M.Harashima, Kanji Yasui, T.Akahane: "Initial stage of 3C-SiC growth on Si(001)-2x1 surface using monomethylsilane"Applied Surface Science. 216. 575-579 (2003)
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[Publications] 原島正幸, 安井寛治, 赤羽正志: "モノメチルシランを用いたSiC成長初期段階に形成される表面構造のSTM観察"表面科学. 24(8). 474-479 (2003)
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[Publications] Y.Narita, M.Harashima, M.Moriyama, Kanji Yasui, T.Akahane: "Reinterpretation of the RHEED patterns measured at the initial stage of 3C-SiC growth on Si(001) using monomethylsilane and dimethylsilane"Nanotechnology. (in press). (2004)
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[Publications] M.Harashima, Kanji Yasui, T.Akahane: "Characterization of Si(001)-c(4x4) structure formed using MMS"Nanotechnology. (in press). (2004)
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[Publications] 原島正幸, 安井寛治, 赤羽正志: "STMを用いたMMSiにより形成されるSi(001)-c(4x4)構造の評価"電子情報通信学会技術研究報告. 103(245). 7-12 (2003)
