1993 年度実績報告書

共有結合性結晶の気相エピタキシャル成長に関する量子化学的研究

研究課題

研究課題/領域番号	05227206
研究機関	千葉大学
研究代表者	笈川節子千葉大学, 薬学部, 助教授 (60101359)
研究分担者	畑晶之千葉大学, 薬学部, 助手 (50241972) 津田穰千葉大学, 薬学部, 教授 (90009506)
キーワード	化学反応理論 / 分子軌道法 / 結晶成長 / エピタキシャル成長 / ダイヤモンド / (001)面 / 表面拡散 / トンネル顕微鏡
研究概要	気相エピタキシャシル成長過程を詳細に解明し、成長の方向を決めている要因が何かを明らかにするために、今年度は(1)ダイヤモンド(001)面上で、炭素原子が吸着しマイグレートする機構、(2)マイグレートした原子が(001)面SBステップ端に到達後、どのように成長反応に関与していくか、を併せて研究した。計算方法は、基本反応の計算にはab initio MO法を用い電子相関の寄与が大きいのでMP2レベルで構造最適化を行った。実在する(001)面を表現するような大型モデルを用いる場合はMNDO法で計算した。計算に当っては結晶表面の性格を表わすためadatomおよび最上層ダイマー以外の下層原子は全て結晶格子の位置に固定した。結果を以下に示す。(1)炭素原子がダイヤモンド(001)面上に安定に吸着する部位と、表面拡散するために必要なエネルギーとを、炭素原子がダイマー列に沿う方向に移動する場合と、ダイマー列を横切る方向に移動する場合とで求めた。炭素原子は最上層ダイマーと三員環を形成して最安定構造を取り、ここからダイマー列に沿った方向に炭素原子のマイグレーションが起こることがわかった。表面拡散の活性化エネルギーは29.7kcal/molと求められた。ダイマー列を横切る方向のマイグレーションは約2倍のエネルギーを要するので起り難い。(2)SBステップ端にやって来たAdatomは、ステップ端がジエン構造であるためテラス面とは異なり2箇所の安定吸着位置を利用できる。ここに集った2個のAdatomはダイマーを自然に形成し、低い活性化エネルギーで成長方向にマイグレートし、SBステップタイプII構造を形成できることがわかった。この結果は、SBステップ端では、炭素原子は必ずダイマー単位で、しかもダイマー列を伸長させるように成長が起こることを示しており、STM実験の結果と一致する。即ち、ダイヤモンド(001)面のSTM像はシリコン(001)面と同様にSBステップ端は凹凸が激しくSAステップ端は滑らかである。また、成長表面において観察される再構成ダイマー構造は(2×1)構造のみであり、c(2×2)市松模様構造は現われない。

研究成果
(6件)

すべてその他

すべて文献書誌 (6件)

[文献書誌] S.Oikawa,M.Tsuda,S.Ohtsuka: "Plasmachemical and Photochemical Vapor Decomposition Mechanism of Disilane in the Lowest Triplet State" THEOCHEM. 印刷中. (1994)
[文献書誌] S.Oikawa,M.Tsuda,S.Ohtsuka: "Plasmachemical and Photochemical Vapor Decomposition Mechanism of Disilane in the Lowest Triplet State" The Third WATOC,Toyohashi,Abstract. 258-258 (1993)
[文献書誌] S.Oikawa: "Step Growth Mechanism on Diamond(001)Surfaces" Post-WATOC Symposium in Yokohama. (1993)
[文献書誌] M.Hata,M.Tsuda,N.Fujii,S.Oikawa: "Surface Migration Enhancement of Adatoms in the Photo-Excited Process on Reconstructed(001)Surfaces" The first International Conference on Photo-Excited Process and Applications,Sendai,Abstract. 24-24 (1993)
[文献書誌] 笈川節子、津田穰、畑晶之: "C原子のダイヤモンド(001)表面マイグレーションと成長機構" 分子構造総合計論会要旨集. 465-465 (1993)
[文献書誌] 畑晶之、阿部讓、津田穰、笈川節子: "ダイヤモンド(001)面における核生成メカニズム" 第41回応用物理学関連講演会要旨集. 発表予定. (1994)

1993 年度 実績報告書

共有結合性結晶の気相エピタキシャル成長に関する量子化学的研究

研究代表者

笈川 節子 千葉大学, 薬学部, 助教授 (60101359)

研究成果

[文献書誌] S.Oikawa,M.Tsuda,S.Ohtsuka: "Plasmachemical and Photochemical Vapor Decomposition Mechanism of Disilane in the Lowest Triplet State" THEOCHEM. 印刷中. (1994)

[文献書誌] S.Oikawa,M.Tsuda,S.Ohtsuka: "Plasmachemical and Photochemical Vapor Decomposition Mechanism of Disilane in the Lowest Triplet State" The Third WATOC,Toyohashi,Abstract. 258-258 (1993)

[文献書誌] S.Oikawa: "Step Growth Mechanism on Diamond(001)Surfaces" Post-WATOC Symposium in Yokohama. (1993)

[文献書誌] M.Hata,M.Tsuda,N.Fujii,S.Oikawa: "Surface Migration Enhancement of Adatoms in the Photo-Excited Process on Reconstructed(001)Surfaces" The first International Conference on Photo-Excited Process and Applications,Sendai,Abstract. 24-24 (1993)

[文献書誌] 笈川節子、津田穰、畑晶之: "C原子のダイヤモンド(001)表面マイグレーションと成長機構" 分子構造総合計論会 要旨集. 465-465 (1993)

[文献書誌] 畑晶之、阿部讓、津田穰、笈川節子: "ダイヤモンド(001)面における核生成メカニズム" 第41回応用物理学関連講演会 要旨集. 発表予定. (1994)

1993 年度実績報告書

笈川節子千葉大学, 薬学部, 助教授 (60101359)

[文献書誌] 笈川節子、津田穰、畑晶之: "C原子のダイヤモンド(001)表面マイグレーションと成長機構" 分子構造総合計論会要旨集. 465-465 (1993)

[文献書誌] 畑晶之、阿部讓、津田穰、笈川節子: "ダイヤモンド(001)面における核生成メカニズム" 第41回応用物理学関連講演会要旨集. 発表予定. (1994)