研究課題
基盤研究(B)
Si(001)-(2x1)表面において発生する電子的な結合切断と新表面構造相について以下の結果を得た。1)電子的結合切断のサイト選択性について空格子点の同一ダイマー列上における隣接ダイマーサイトでの効率的結合切断により、ダイマー列に沿った方向に伸びた空格子点stringが効率的に生成される。2)強励起下における積層ダイマー形成について励起強度が100mJ/cm^2以上の強励起下において、空格子点生成と共に、表面での積層ダイマー形成及び成長が誘起される。このアドダイマーの形成により、平坦な新表面構造相の創製が阻害される。3)表面ダイマー除去により露出される新構造相の構造的・電子的性質について(1)占有状態において、一つの基本格子に2つの輝点(間隔3.6A)を示すトンネル顕微鏡像を示す。この輝点の位置は、第二層原子位置に対して、ダイマー列方向について半位相ずれていることを明らかにした。(2)新構造相のトンネル分光スペクトルでは、最外層ダイマーの非共有電子対に起因するフェルミ準位近傍の電子状態が完全に消失し、2〜2.5eV程度の広い表面バンドギャップを示す。4)価電子系集団励起(プラズモン励起)による半導体表面構造変化の不安定性について電子線照射によりシリコン表面の最外層原子が消失して空格子点が生成されることを示し、以下に挙げるように、電子線誘起構造変化の特徴及び効率の励起強度・エネルギー依存性を明らかにした。(1)主要な生成物は孤立空格子点であり、また、その生成効率は強いサイト選択性を示す。(2)空格子点生成効率が励起強度に対して線形である。(3)空格子点生成断面積は15-30eVの領域で電子線エネルギーの増大と共に急激に減少する。以上の結果より、プラズモン励起を始状態とする半導体表面構造の不安定性についてのモデルを他のグループに先駆けて提案した。
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