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2010 Fiscal Year Annual Research Report

第一原理計算によるCARE加工プロセスの解明

Research Project

Project/Area Number 22560110
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

稲垣 耕司  大阪大学, 工学研究科, 助教 (50273579)

Keywords触媒援用化学エッチング / CARE / SiC / Pt / HF / 第一原理分子動力学シミュレーション / 活性化エネルギー / NEB法
Research Abstract

今年度は、まずSiCの表面終端構造および電荷移動エッチングモデルの検討を行った。前者について第一原理熱力学法に基づく自由エネルギーの計算から、水中でのSiCのSi面の表面終端構造はHの化学ポテンシャルに依存せずOH終端であることが分かった。実験との対応は観察実験が容易でないことから研究継続中である。また、SiCと触媒が接触したモデルの局所状態密度から、SiCから触媒に自然に電荷移動する可能性は低く、さらに極性分子である水分子を挟んだ場合でも傾向に違いがなかったため、SiC表面が正に帯電して表面が酸化される電荷移動モデルは妥当でないと結論した。そこで新たなエッチングモデル(フッ酸分子がSiC表面に直接解離吸着しエッチングが進行するモデル)を提案し、その初期過程を解析した。加工面が原子レベルで平坦であることよりエッチングは表面ステップから進行すると考え、まずステップ表面モデルを作成した。ステップ表面はSi面ではOH終端、ステップ端でのC原子はH終端されていることが第一原理熱力学法でわかった。ステップ端Si原子のバックボンドにHF分子が解離吸着する過程を第一原理分子動力学法で解析するとともにNEB法により反応活性化エネルギーを計算した。さらに高濃度HF水溶液(25%以上)で高加工速度となる実験結果からFイオンの働きも重要であると考え、ステップエッジSiにFイオンを吸着させたモデルについても同様な計算を行った。その結果、Fイオンの吸着は、既に知られているSi5配位構造を形成することで安定化するが、バックボンドは伸びて不安定化することが分かった。HFの解離吸着ではFイオンの有無によらず2eV程度で解離吸着することが分かった。この活性化障壁はやや大きくしかもFイオンの効果も明確でない。現実の反応は水中であり、水分子による活性化障壁の低化やFイオン効果の顕著化の可能性があるため、水分子を含めたモデルについて今後解析していく。

  • Research Products

    (10 results)

All 2011 2010

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] Breaking the 10 nm barrier in hard-X-ray focusing2010

    • Author(s)
      H.Mimura, (6名略), K.Inagaki, (5名略)T.Ishikawa, K.Yamauchi
    • Journal Title

      NATURE PHYSICS

      Volume: 2 Pages: 122-125

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 第一原理計算によるGaN(0001)表面の終端原子構造の解析2011

    • Author(s)
      大上まり, 稲垣耕司, 森川良忠
    • Organizer
      日本物理学会2011年年次大会
    • Place of Presentation
      新潟市
    • Year and Date
      20110325-20110328
  • [Presentation] HによるSi表面エッチングにおけるH終端Si(001)表面上でのH拡散の寄与2011

    • Author(s)
      稲垣耕司, 広瀬喜久治, 森川良忠, 安武潔
    • Organizer
      日本物理学会2011年年次大会
    • Place of Presentation
      新潟市
    • Year and Date
      20110325-20110328
  • [Presentation] カーボンアロイ触媒によるCO酸化反応の第一原理シミュレーション2011

    • Author(s)
      井関信太郎, 稲垣耕司, 森川良忠
    • Organizer
      日本物理学会2011年年次大会
    • Place of Presentation
      新潟市
    • Year and Date
      20110325-20110328
  • [Presentation] 水素終端化Si(001)2x1表面に過剰吸着したHの拡散2010

    • Author(s)
      稲垣耕司、広瀬喜久治、安武潔
    • Organizer
      日本物理学会2010年秋季大会
    • Place of Presentation
      大阪市
    • Year and Date
      20100923-20100926
  • [Presentation] カーボンアロイ触媒によるCO酸化反応の第一原理シミュレーション2010

    • Author(s)
      井関信太郎、稲垣耕司、森川良忠
    • Organizer
      第4回分子科学討論会2010大阪
    • Place of Presentation
      大阪府豊中市
    • Year and Date
      20100914-20100917
  • [Presentation] H終端2x1Si(001)表面に過剰吸着したH原子の拡散過程2010

    • Author(s)
      稲垣耕司、広瀬喜久治、安武潔
    • Organizer
      日本物理学会2010年秋季大会
    • Place of Presentation
      長崎市
    • Year and Date
      20100914-20100917
  • [Presentation] First-Principles study of electron transfer from 4H-SiC(0001) to Pt2010

    • Author(s)
      S.Iseki, K.Inagaki, K.Yamauchi, Y.Morikawa
    • Organizer
      International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
    • Year and Date
      20100530-20100604
  • [Presentation] First-principles Analysis Silicon Etching by Hydrogen Radical-Diffusion of Absorbed Hydrogen Atom on Si(001)2x1 Surface-2010

    • Author(s)
      K.Inagaki K.Hirose Y.Morikawa, K.Yasutake
    • Organizer
      Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
    • Place of Presentation
      Suita, Japan
    • Year and Date
      2010-11-24
  • [Presentation] First-Principles Study of CO Oxidation on Carbon Alloy Catalysts2010

    • Author(s)
      S.Iseki, K.Inagaki, Y.Morikawa
    • Organizer
      Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
    • Place of Presentation
      Suita, Japan
    • Year and Date
      2010-11-24

URL: 

Published: 2012-07-19  

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