2022 Fiscal Year Final Research Report
Surface reaction kinetics in no-thermal equilibrium states: Simultaneous observation of strain and reaction rate by surface analysis methods
Project/Area Number |
19K05260
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
TAKAKUWA Yuji 東北大学, マイクロシステム融合研究開発センター, 特任教授 (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 / 準安定吸着酸素分子 / 少数キャリア / 多数キャリア / 欠陥準位 |
Outline of Final Research Achievements |
Simultaneous observation of SiO2 growth rate (dXO/dt) and amount of strained Si atoms in Si dry oxidation at SiO2/Si(001) interfaces revealed that the oxidation rate enhancement due to rapid cooling as well as due to rapid temperature raising is caused by the point defect generation resulting from the difference of thermal expansion coefficient between Si and SiO2. It was found that vacancies present at SiO2/Si interfaces are chemically activated for O2 through trapping of majority carriers and the resultant chemisorbed O2, O2(chem), are dissociated by additional trapping of minority carriers, leading to SiO2 growth. The vacancy-promoted SiO2 growth model is consisted of a single step oxidation loop A with once O2 dissociation and a double step oxidation loop B with twice O2 dissociation. The amount of O2(chem) estimated from O 1s spectra showed a good linear correlation with dXO/dt, giving clear evidence for the vacancy-promoted SiO2 growth model with reaction loops A and B.
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Free Research Field |
薄膜および表面界面物性関連
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Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
ドライ酸化においてSiO2体積膨張にともなうSiO2/Si界面での点欠陥発生(空孔+放出Si原子)がO2分子の解離吸着サイトとして機能すること、その化学反応活性の発現のためにはSi基板からの多数キャリアと少数キャリアの捕獲が不可欠であることを解明した。このように酸化誘起歪による点欠陥発生・消滅の繰り返しは、恰もSiO2/Si界面でのO2反応の“触媒”として欠陥が機能していることをは重要な発見である。先端デバイスのゲートスタックにおいて、欠陥を消費しながらSiO2膜形成が進行する本研究のモデルは、デバイスの高信頼性・低消費電力などの実現のために実用的寄与をなるものである。
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