Real-time monitoring of oxidation on the Ti(0001) surface by synchrotron radiation photoelectron spectroscopy and RHEED-AES

放射光光電子分光とRHEED-AESによるTi(0001)面の酸化の実時間モニタリング

高桑 雄二*; 石塚 眞治*; 吉越 章隆 ; 寺岡 有殿; 山内 康弘*; 水野 善之*; 頓田 英樹*; 本間 禎一*

Takakuwa, Yuji*; Ishizuka, Shinji*; Yoshigoe, Akitaka; Teraoka, Yuden; Yamauchi, Yasuhiro*; Mizuno, Yoshiyuki*; Tonda, Hideki*; Homma, Teiichi*

SPring-8の原研軟X線ビームラインBL23SUに設置した「表面反応分析装置」を用いてTi(0001)表面のO分子による酸化素過程を放射光による光電子分光法で実時間その場観察した。また、東北大学において反射高速電子線回折(RHEED)とオージェ電子分光(AES)によっても実時間その場観察を行った。酸素分圧を210 Torrから810Torrの範囲とし、表面温度を473Kまたは673Kとした。光電子分光観察ではTi-2pとO-1s光電子スペクトルの時間発展を観察することで、清浄Ti表面がTiO変化する様子が観察された。また、RHEED-AES測定においては反射電子線強度とO-KLLオージェ電子強度が時間に依存した振動構造を示した。これらの実験結果から酸化されたTi(0001)表面の粗さの変化は表面の金属層の消失ばかりでなく、酸化結合状態の変化にも関係していることが明らかとなった。

Real-time in-situ observation using photoelectron spectroscopy for elementary processes of Ti(0001) oxidation by O molecules has been performed at the surface reaction analysis apparatus installed at the BL23SU in the SPring-8. And the real-time observation has been also performed by RHEED-AES methods at Tohoku University. The partial pressure region of oxygen was from 2x10 Torr to 8x10 Torr. The surface temperature was 473 K and 673 K. The variation from clean Ti surface toward TiO was comfirmed by observation of Ti-2p and O-1s photoelectron spectra. Reflected electron intensity and O-KLL Auger electron intensity oscillated in the RHEED-AES measurements. These facts revealed that the surface morphological change of the oxidized Ti(0001) surface was associated not only with a disappearance of the surface metallic layer but also with a change of the oxidation state.