芳香族分子を用いたイオンビーム蒸着法によるB-C-Nハイブリッド薄膜の合成

The Synthesis of B-C-N hybrid by ion beam deposition with aromatic molecules

下山 巖   ; 重住 和也*; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 平尾 法恵*; 永野 正光*

Shimoyama, Iwao; Shigezumi, Kazuya*; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Hirao, Norie*; Nagano, Masamitsu*

ホウ素,炭素,窒素からなる二次元薄膜(B-C-Nハイブリッド薄膜)は新奇半導体超薄膜材料として注目されているが、その合成方法はまだ十分確立されていない。われわれは極低エネルギーイオンビーム蒸着法(IBD)を用いてB-C-Nハイブリッド薄膜合成を試みた。イオンビームの前駆体としてボラジン(BNH),トリアジン(CNH),ベンゼン(CH)の3つの芳香族分子を用い、これらの分子の比率を変えた幾つかの混合ガスにより作成した薄膜のキャラクタリゼーションをX線光電子分光法(XPS)により行った。B1s, C1s, N1s光電子ピークの解析により薄膜の組成、及び結合状態は混合ガスの成分に大きく依存することが明らかにされ、ボラジンとベンゼンの混合ガスを用いた場合B, C、及びNがそれぞれ結合を形成したのに対し、トリアジンが含まれた他の混合ガスではBとCの結合があまり形成されないことがわかった。この結果は各分子のトリアジンとボラジンの粘性率の違いにより薄膜が層状構造をとることによると考えられる。これによりわれわれは上記の分子による混合ガスではボラジンとベンゼンの混合ガスを用いたIBDがB-C-Nハイブリッド合成に最も適していると結論した。

Extreme low-energy ion beam deposition (IBD) method is devoted to synthesize boron carbon nitride (B-C-N) hybrid thin film. Several combinations of source gases, i.e., borazine (BNH), triazine (CNH), and benzene (CH), are used as precursor for the method in order to study the precursor effect. The characterization of the thin films is done by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The precursor effect is observed at three points, (1) composition ratio (2) bond formation and (3) layered structure. XPS spectra show the composition ratio basically reflects the element ratio of each precursor. The existence of various kinds of bonds is observed in the B, C, and N 1s photoelectron peaks of the films and the formation of the bonds depends on the combination of source gas. The mixture of borazine and benzene precursor derives C-C, C-N, B-C, and B-N bonds formation. On the other hand, other gases scarcely derive B-C bond formation. We propose that this is caused by a layered structure caused by the viscosity difference of the precursor molecules. Finally, we conclude that the mixture of borazine and benzene is the most preferable for B-C-N synthesis by the IBD method among the precursor gases.