2021 Fiscal Year Research-status Report
非熱平衡状態における表面反応速度論：表面計測法を用いた歪みと速度の同時観察
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19K05260
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高桑 雄二 東北大学, マイクロシステム融合研究開発センター, 教授 (20154768)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光電子分光法 / リアルタイム計測 / 酸化反応キネティクス / 酸化誘起歪み |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) p-Si(001)とn-Si(001)表面でのSiドライ酸化の反応素過程の比較から、SiO2/Si界面で生成された欠陥準位と介した過剰少数キャリア再結合がO2分子の解離吸着とSiO2生成と結びついていることを明らかにした。他数キャリア捕獲で帯電状態となった欠陥準位が化学的活性をもちO2分子が吸着し、少数キャリアの捕獲でSiO2形成が促進される。このモデルは多数キャリア捕獲を支配するショットキー障壁高さの変化と、少数キャリア捕獲が関節遷移か直接遷移かにより支配され、p-Siとn-Siの酸化速度の相違を系統的に説明できる。
(2) X線照射によるSiO2成長促進の原因が、光起電力効果によるバンド平坦化ではなく、SiO2中に染み出したSi電子状態で生じた電子-空孔対生成がSiO2/Si界面の欠陥準位を介して緩和であることを明らかにした。このような光照射によるSiO2成長促進は、これまではO2分子の解離による酸素ラジカル生成が原因と考えられていたが、基本的にはSiO2/Si界面で生成された欠陥準位と介した過剰少数キャリア再結合で説明できる。
(3)SiO2/Si界面酸化過程はsingle-step oxidationとdouble-step oxidationの競合で説明できることを解明し、両者は化学吸着O2分子を介して結び付けられていることを見出した。化学吸着O2分子の寿命以内で少数キャリア捕獲されればsingle-step oxidation、他の場合はdouble-step oxidationとなるモデルである。SiO2/Si(001)界面に化学吸着O2分子が存在することを、XPS観察から実験的に検証した。
(4) SiO2/Si界面での過剰少数キャリア再結合に結びついたSiO2成長は、バンドベンディングの変化から追跡できることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2021年度も引き続き新型コロナ流行のため国内会議や国際会議が開催されず、開催されてもWeb開催にとどまり研究成果発表の機会が制限されるだけでなく、SPring-8での共同利用実験も制限されたため、当初予定された計画の半分程度のデータしか得られなかった。そのため当初は2021年度までの研究計画であったが、2021年度の予算の一部を2022年度に繰越し、研究を遂行することにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度には以下の項目についての研究を計画している。
(1)酸素圧力と基板温度の急激な上昇にともなるSiO2/Si(001)界面での酸化反応過程を調べ、single-step oxidationとdouble-step oxidationの競合を解明する。
(2)SiO2/Si(001)界面に化学吸着O2分子の挙動とSiO2成長への並進運動エネルギー依存を観察し、trapping-mediated adsorptionとdirect adsorptionによるO2吸着過程の役割を解明する。
(3)single-step oxidationとdouble-step oxidationの競合に及ぼす酸化温度と不純物濃度の影響を明らかにし、過剰少数キャリア再結合過程の詳細を解明する。
(4)4年間の研究を統括して、Siドライ酸化における酸化誘起点欠陥発生と過剰少数キャリア再結合過程に基づく統合Si酸化反応モデルを構築する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ流行によりSPring-8への出張が中止されたので、本年にSPring-8での共同利用実験を行うための旅費に使用予定。投稿論文の英文添削料としても使用予定。
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[Presentation] 光電子ホログラフィーを用いたSi(111)-7×7表面の初期酸化構造解析2021
Author(s)
竹内走一郎, 古賀峻丞, 田中晶貴, 孫澤旭, 津田泰孝, 小川修一, 髙桑雄二, 橋本由介, 室隆桂之, 吉越章隆, 松下智裕
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会
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