クラスターと固体表面との衝突反応における表面の電子構造・幾何構造の影響

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09740452
• 研究機関: 豊田工業大学
• 研究代表者: 安松 久登 豊田工業大学, 工学部, 助手 (20281660)
• キーワード: クラスター / クラスターイオン / 表面衝突 / シリコン表面 / スパッタリング / 分子動力学シミュレーション / ICl^-(CO_2)_n / (Ar)_n^+

研究概要

(1)表面の処理装置および搬送機構
スパッタリング表面処理用のアルゴンイオン銃を設計・製作した。加速エネルギーが1-3keVで、50μAcm^<-2>のアルゴンイオンビームを生成することに成功した。さらに、水素終端に用いる水素原子線源、表面加熱用の電子衝撃装置を設計・製作した。また、表面衝突室と表面作成・分析室との間で、超高真空に保ったまま表面を輸送する機構の製作を行った。
(2)水素終端シリコン表面の作成と評価
Si(lll)表面を通電法により1000℃に加熱して、清浄表面を作成した。この表面の低速電子回折像の測定やオージェ電子分光を行い、Si(lll)単結晶表面が生成していることを確認した。
(3)ハロゲン分子負イオン-二酸化炭素分子混合クラスターとシリコン表面との衝突
ICl^-(CO_2)_nをシリコン表面に衝突させ、散乱されてくる生成負イオンの並進エネルギーを測定した。さらに、分子動力学シミュレーションを用いて、ICl^-(CO_2)_nの表面衝突過程の軌跡を計算した。その結果、クラスターサイズが3程度以下の領域では、塩素負イオンの表面滞在時間はヨウ素負イオンのそれよりも半分以下であるのに対し、クラスターサイズの増加ととも両者の滞在時間差は小さくなり、サイズが10程度以上では等しくなることがわかった。すなわち、クラスター構成原子や表面原子の質量に依存して、クラスター内多体衝突の頻度が変化するため、クラスターの並進エネルギーが内部エネルギーに変換される効率が変化する。
(4)クラスターイオンによる表面のスパッタリング過程
(Ar)_n^+、(CO_2)_n^±、(O_2)_n^-をシリコン表面に1-9keVのエネルギーで衝突させると、スパッタリングにより、炭化水素負イオンC_lH_m^-(n=1-10)が生成することを発見した。また、衝突エネルギーや運動量が等しい場合、入射クラスターのサイズが大きいほど、スパッタされた負イオンのサイズ(l,m)や入射クラスターイオン単位量あたりのスパッタ負イオン強度は等しい。

研究成果

• [文献書誌] Hisato Yasumatsu, Uwe Kalmbach, Shin'ich Koizumi, Akira Terasak and Tamotsu Kondow: "Dynamic Solvation Effects on Surface Impact Drssociation of I_2^-(CO_2)_n" Z.Phys.D. 40. 51-54 (1997)
• [文献書誌] Hisato Yasumatsu, Akira Terasaki and Tamotsu Kondow: "Charge Transfer from I_2^-(CO_2)_n Clluster Anion to Silicon Surface Cluster-Size Degendence" Int.J.Mass Spectrosc.Ion Proc.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] Hisato Yasumatsu, Shin'ich Koizumi, Uwe Kalmbach, Akira Terasaki and Tamotsu Kondow: "Splitting of Chemical Bond by Cluster-Surface Impact:XY-(CO_2)_n onto Silicon Surface(XY^-=I_2^-,Br_2^-,ICl^-)" RIKEN Review. 17(印刷中). (1998)
• [文献書誌] Akira Terasaki, Hisato Yasumatsu,Yuji Fukuda, Hitoshi Yamaguchi and Tamotsu Kondow: "Reactive Scattering of Alumikum and Silicon Cluster Anions from Solid Surface" RIKEN Review. 17(印刷中). (1998)