高速の電子励起イオン脱離法による結晶表面欠陥の生成・消滅過程の動的観察

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03205081
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 上田 一之 大阪大学, 工学部, 助教授 (60029212)
• キーワード: Electron stimulated desorption / ESD / Hydrogen / Surface defect / Hydrogen termination / Adsorption of hydrogen / Time of flight / TOFーESD

研究概要

物質の表面に固体のバルク的な性質と異なった新しい電子状態が表面の電子構造配列に対応して局在している。この局在した電子状態を制御して、その物質にさらに新しい機能性を持たせることができる。この電子状態の制御に際して用いられる方法は、他の物質を原子層レベルで積み上げて人工的な結晶配列を作ること、活性なガスとの反応によって表面層にバルクとは異なった性質の物質相を形成することなどが主としてあげられる。本研究ではシリコンの(111)面と(100)面を用いて表面欠陥の数を制御し金属原子を分子線法でエピタキシャル成長させて上記のことを検証し新しい技術に結び付けようとすることを目的として実施した。
電子励起イオン脱離法による動的観察法の成果としてシリコン単結晶に原子状水素を吸着させることで吸着特性の変化とRHEEDによる観察から表面にハイドライドが形成され表面の再配列構造が乱れていくことが判った。これは,Si(111)面よりはSi(100)の方が著しく水素の吸着量が大きかった。繰り返し実験を行った結果、Si(100)面のフラット面(±0.5ﾟ)と微傾斜面(〜4ﾟ)では,水素吸着に対するプロトンのイ-ルドは、500ラングミュア(L)以上の水素吸着に対して大きく異なり、ステップ面の影響が生じているものと思われる。これが分子状の水素を吸着させた時はプロトンのイ-ルドは露出量に対して直線的に増加し、しかもRHEEDの観察によると分子状の水素は表面原子に急速な腐食を生じさせないと見えて、表面の原子配列の構造変化を伴わない。
脱離するプロトンの運動エネルギ-分布曲線の測定から、エネルギ-分布は、2eV,4eVおよび7eV付近にピ-クを持っていることが判る。表面状態の違いに応じてプロトンのしきい値は、21eV〜30eVの間で変化した。エネルギ-分布としきい値からシリコン上に吸着した水素の脱離の機構が判明するはずであるが目下解析中である。水素吸着面に金属原子をエピタキシャル成長させて、表面欠陥と成長様式の関係も研究する予定だったが、新しい現象に対する確認実験とプロトンの脱離の機構解明に関する実験を追加したために、次年度に繰り延べることにした。

研究成果

• [文献書誌] A.Takano: "A Study of Oxygen Adsorption Process on a Titanium Single Crystal Surface by Electron Stiimulated Desorption." Surface Science. 242. 450-453 (1991)
• [文献書誌] K.Ueda: "A Study of Hydrogen Adsorption on the Silicon Single Crystal Surfaces by Electron Stimulated Desorption(TOFーESD)." Surface Science. 242. 454-458 (1991)
• [文献書誌] "Auger Valence Electron Spectroscopy of a Structural Phase Transition in Metastable AlphaーSn Grown on InSb(001)." Vacuum. 42. 547-553 (1991)
• [文献書誌] A.Takano: "A Study on Energy Distribution of Oxygen Ions Desorbed from CO Adsorbed Ni(110)by Timeーof ーFlight Type ElectronーStimulatedーDesorption(TOFーESD)." Jpn J.Appl.Phys.30. 1847-1851 (1991)
• [文献書誌] H.Nakayama: "Surface Wave Excitation Auger Electron Spectroscopy of Si(001)Reconstructed Surfaces." Ultramicroscopy. 39. 329-341 (1991)
• [文献書誌] K.Ueda: "A Study of Hydrogen Adsorption on Silicon Surfaces by Means of TimeーofーFlight Type ElectronーStimulated Desorption." Applied Surface Sci.
• [文献書誌] A.Takano: "On Kinetic Energy Distribution of Oxygen Ion Desorbed from a COーAdsorbed Ni(110)by TimeーofーFlight Type Electron Stimulated Desorption." Applied Surface Sci.
• [文献書誌] K.Ueda: "Studies of Hydrogen Adsorption on Silicon(100)Surfaces by Means of Time of Flight Type Electron Stimulated Desorption Spectroーscopy." Vacuum,in press.
• [文献書誌] 上田 一之: "電子励起イオン脱離実験による真空の質の検討" 真空. 34. 834-840 (1991)
• [文献書誌] 上田 一之: "電子励起脱離法による固体表面の水素の高感度検知" 表面科学.