シリコン表面における原子レベルでの動的過程

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455022
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 一宮 彪彦 名古屋大学, 工学部, 教授 (00023292)
• 研究分担者: 堀尾 吉巳 名古屋大学, 工学部, 助手 (00238792) ; 秋本 晃一 名古屋大学, 工学部, 助教授 (40262852)
• キーワード: シリコン表面 / 脱離・吸着 / エピタキシャル成長 / 金属吸着 / 走査トンネル顕微鏡 / 反射高速電子回折 / X線回折 / 金属・シリコン界面

研究概要

本研究においてはまず、STMによりシリコン表面における孤立した島状結晶およびクレーターの緩和過程からステップへの付着、脱離の機構を調べた。まずSTM探針にシリコンを蒸着し、Si(111)およびSi(100)表面に電界蒸発法などにより孤立した島状結晶を形成し、その崩壊過程を観察した。その結果原子数2000個以下の島においては、その崩壊速度はほぼ一定であることを示した。また探針を用いて形成したクレーターの緩和過程の観察では、クレーターはシリコン原子によって時間とともに埋められ小さくなった。この時のシリコン原子の付着速度も一定となった。この時に付着および脱離の活性化エネルギーは島およびクレーターともに同じ値を示し、Si(111)表面では1.5eVまたSi(100)表面では2.0eVであった。以上のことから、シリコン表面における孤立した島およびクレーターの緩和は主にシリコン表面の2次元気体とステップとの間の付着・脱離によっていると結論した。
Si(111)上の金属成長においても、特に√3×√3-Au、√3×√3-Ag、表面上でのAu、Ag、成長がエピタキシャル成長であることを反射高速電子回折(RHEED)、STMおよびX線回折により調べた。まず√3×√3-Au表面上のAu成長においては、その成長様式が基板温度によってことなり、低温では層状成長、高温では島状成長することを明らかにした。RHEEDおよびSTMによる詳細な測定から、層状成長様式では、成長中表面に1から2原子層程度の金シリサイドが析出し、成長様式の変化は、2次元金シリサイド形成の共融温度と関連していると結論した。また√3×√3-Ag表面上の銀成長においては、成長構造が温度によって変化することを見出した。また界面の再構成構造と成長構造との相関に関しても明らかにした。さらにこれらの界面構造や歪みと成長構造との相関についての知見を得た。

研究成果

• [文献書誌] Y.Itoh: "Structure of CaF_2/Si(111)long interface" JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH. 166.
• [文献書誌] A.Ichimiya: "Structural study of epitaxial growth on silicon surfaces" THIN SOLID FILMS. 281.
• [文献書誌] A.Ichimiya: "Epitaxial growth of silver on an Si(111) √3×√3Au surface at room" THIN SOLID FILMS. 281.
• [文献書誌] Q.Xue: "Surface geometry of MBE-grown GaAs(001)surface Phases" THIN SOLID FILMS. 281.
• [文献書誌] Y.Horio: "A new type of RHEED apparatus equipped with an energy filter" APPLIED SURFACE SCIENCE. 100/101.
• [文献書誌] T.Emoto: "Soft X-ray emissions by highly charged ions on solid surfaces : Mo and Ta surfaces" APPLIED SURFACE SCIENCE. 100/101.
• [文献書誌] Y.Taga: "Adsorption reactions of Ti/Si(001)by variable-temperature STM" SURFACE SCIENCE. 357/358. 28-31 (1996)
• [文献書誌] Lijadi: "Silver growth on Si(111) √3×√3-Ag surfaces at low temperature" M.SURFACE SCIENCE. 357/358. 51-54 (1996)
• [文献書誌] A.E.Smith: "Surface polytypic determination of niobium diselenide by RHEED" SURFACE SCIENCE. 357/358. 213-216 (1996)
• [文献書誌] Y.Tanaka: "Thermal decay of silicon islands and craters on silicon surfaces by scanning tunneling microscopy" SURFACE SCIENCE. 357/358. 840-843 (1996)
• [文献書誌] K.Fuchigami: "Gold deposition on a Si(111) √3×√3-Au surface" SURFACE SCIENCE. 357/358. 937-940 (1996)
• [文献書誌] A.Ichimiya: "Quantitative measurements of thermal relaxation of isolated silicon hillocks and craters on the Si(111)7×7 surface by scanning tunneling microscopy" PHYSICAL REVIEW LETTERS. 76. 4721-4724 (1996)
• [文献書誌] A.Ichimiya: "Atomic structures of Si(111)surface during silicon epitaxial growth" JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH. 163. 39-47 (1996)
• [文献書誌] K.Ishiyama: "Site conversion path and the kinetics of Ti on Si(001)-2×1 observed by scanning tunneling microscopy" SURFACE SCIENCE. 349. 267-274 (1996)