| 研究課題/領域番号 |
26410010
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
梅本 宏信 静岡大学, 工学研究科, 教授 (80167288)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 化学反応 / 化学気相堆積過程 / 不純物ドーピング |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、タングステン等の加熱金属触媒体上でのジボラン等の水素化合物の分解過程を、実験と理論計算の両面から追及することを目的としている。これまでの研究で、シランやホスフィンは、一旦触媒体上に吸着された後、原子にまでばらばらに分解されること、一方、アンモニアでは、アミノラジカルと水素原子が主生成物であり、窒素原子の生成効率は低いことなどが分かっている。今回は、不純物半導体製造に不可欠なジボランの分解過程を通じ、水素化物の種類によって分解過程が大きく異なることの原因を探る。
平成２６年度は質量分析法による研究から、ジボランの分解効率は、水素添加系、無添加系のいずれにおいても、触媒体温度２０００Ｋ以上で５０％を超えることが確認された。さらに、無衝突条件下でも分解効率が落ちないことから、１０Ｐａ以下の圧力条件下での分解過程は気相中での熱分解ではなく、金属表面での触媒分解であることが確認された。また、レーザー誘起蛍光法による測定から、Ｂ原子やＢＨは、水素無添加ではほとんど生成せず、水素流量の増加とともに単調に増加すること、これらの濃度はジボラン流量に比例して増加することを見出した。これらの結果は、触媒体表面での直接の生成物はＢＨ３であり、Ｂ原子やＢＨは気相中での水素原子との反応で生成していることを示している。なお、ＢやＢＨの濃度の水素流量依存は、水素原子濃度の実測値と遷移状態理論により計算した速度定数をもとにほぼ再現できることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初、平成２６年度にジボランの触媒分解で生成する水素原子、ホウ素原子の検出を行い、平成２７年度にＢＨ、ＢＨ２ならびにＢＨ３分子の検出を試みる予定であった。しかし、２６年度にＢＨの検出まで実施してしまい、またＢＨ２ラジカルは、濃度が低く、レーザー誘起蛍光法やキャビティリングダウン分光法では検出されないことが分かった。さらに、Ｂ原子やＢＨの絶対濃度の水素流量依存や触媒体温度依存から分解初期生成物がＢＨ３であることがほぼ確定したと考えている。今後は、それをさらに確認するためにＢＨ３の直接検出を試みる予定である。なお、ＢＨ２ラジカルが検出されない理由としては、ＢＨ２と水素原子との反応では活性化障壁が存在しないため速度定数が大きく、水素添加系では多量に発生する水素原子との反応でＢ原子まで酸化反応が進んでしまうためと考えられる。なお、水素無添加系では、ＢＨ３の生成にとどまり、ＢＨ２の生成に至っていないと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
２７年度は、まずＢＨ３分子の検出を試みる。ＢＨ３について、可視・紫外部の分光学データはないが、理論計算によると２２０ｎｍ付近において２光子吸収が起こることが予想される。二光子吸収後は、当然分解が起こり、水素原子やホウ素原子が生成することが考えられる。よって、２２０ｎｍ付近のレーザー光を集光して照射し、その後に発生するＨ原子やＢ原子をレーザー誘起蛍光法や共鳴多光子イオン化法により検出することでＢＨ３の検出が可能となる。この際、光分解レーザーなしでもＨ原子やＢ原子が発生するとＢＨ３の検出が困難となるが、２６年度の研究から水素を添加しなければこれらの原子はほとんど生成しないことが分かっているので、水素無添加系で測定すれば、十分検出できる可能性はあると考えている。そして、ＢＨ３濃度の触媒体温度依存やジボラン流量依存から、これまでに提案している反応機構の検証を行う。なお、このような二光子光分解とレーザー誘起蛍光法や共鳴多光子イオン化法を組み合わせた検出法は、これまで適用された例はなく、微量反応中間体の新たなる検出法となりうる。
２７年度は、余裕があれば、爆発性がなく安全なボラザンやボラジン、アルキルボロン等のジボラン以外のホウ素化合物の触媒分解過程についても研究を進める。特にボラザンは、容易に分解してボランを発生させることが予想され、ジボランに変わる新しいドーパント前駆体となりうる。
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