| 研究概要 |
Si(100)表面の炭化・窒化反応について,低エネルギーイオンビームおよび分子線を用いて研究した。超高真空下で清浄化したSi表面にN_2^+イオンビームのエネルギーを100eVから1000eVまで変化させて,表面反応に及ぼす運動エネルギーの効果を調べた。Si表面は室温ではN_2分子と反応しないが,N_2^+ビームにして運動エネルギーを上げると室温でも反応が進む。表面の反応生成物の化学的結合状態はその場観察でX線光電子分光法(XPS)で調べた。100〜200eVのN_2^+ビーム照射では化学量論的組成をもつ窒化ケイ素(Si_3N_4)膜が形成されるが,運動エネルギーを上げると表面層に多くの欠陥をもつ不飽和結合を含む膜が形成される。
イオンビーム照射による表面反応に対比する目的で,エチレン,アンモニア分子線を用いてSi表面の熱反応についても調べた。この場合,入射ビームの運動エネルギーが極めて低いので,表面温度を600℃以上に上げる必要があった。反応生成物の化学的状態はこの場合もXPS法で詳しく調べた。これらの実験結果から以下のことが判った。
イオンビームの場合は,運動エネルギーによって窒素原子が表面から固体内部に侵入して反応するのに対して,熱エネルギーの分子線では表面での反応が主であり,反応に供するSi原子は固体内部より熱拡散によって表面に運ばれ,炭化層,窒化層が形成される。
表面反応のメカニズムを速度論的立場からモデル的に考察して,反応確率などの情報についても実験から得た。
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