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本研究の目的は、我々が独自に考案・開発したRHEED-TRAXS法(反射高速電子回折-全反射角X線分光法)と呼れる固体表面解析・分析法をさらに高度化させた「高分解能TRAXS法」を実験することにある。この目的のもと、本研究期間中に行った研究実績の概要を以下に述べる。
1.X線分光結晶と位置敏感型X線検出器及びゴニオメータを組み合わせて、X線分光システムを設計・製作し、現有機器のRHEED-MBE(分子線エピタクシー)装置に組み込みこみ、RHEEDパターンを観察しながら、試料から放射されるX線を分光・パラレル検出して高分解能エネルギースペクトルを得、本研究の第一段階の目標を実現した。X線は十分な強度で検出され、短時間の測定(1、2分)で良好なS/N比が得られたので、動的な現象の測定にも対応できることがわかった。
2.平板型LiF(200)結晶を使って、Siウエハ表面に蒸着したGa原子からのKα1(9.252keV)線とKα2(9.225keV)線付近のエネルギースペクトルを測定し、約13eVのエネルギー分解能が達成されていることを確認した。これは、従来型TRAXSの分解能150eVに比べ、約10倍向上したことになり、本研究の第二段階の目標をほぼ実現した。これにより、EXAFS(Extended X-ray Absorption Fine structures)測定の可能性が出てきたので現在その実験を行っている。
3.本研究の手法によってSi表面の構造や組成が原子尺度で制御された試料を用いてSi表面電気伝導を測定し、ミクロな表面状態の影響を研究した。その結果、微視的な構造の差異がSi表面の電子状態を変え、さらには表面空間電荷層のキャリアー密度を増減させ、巨視的な電気的特性に著しい影響を及ぼすことを見い出した。これは学問的な重要性は勿論のこと、デバイスへの応用という観点からも重要な発見であると考えている。
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