SiO mass spectrometry and Si-2p photoemission spectroscopy for the study of oxidation reaction dynamics of Si(001) surface by supersonic O molecular beams under 1000 K

超音速O分子線によるSi(001)表面の酸化反応ダイナミクス研究におけるSiOの質量分析とSi-2p光電子分光

寺岡 有殿; 吉越 章隆 ; 盛谷 浩右

Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka; Moritani, Kosuke

Si(001)のO分子による酸化反応を860Kから1300Kの温度範囲で、かつ、O分子の運動エネルギーが0.6eVから3.0eVの範囲で研究した。表面分析には放射光光電子分光法を用いた。Si-2p光電子スペクトルを分子線を照射しながら実時間測定し、その温度依存性と運動エネルギー依存性を測定した。また、酸素同位体(質量数18の酸素)からなるO分子を用いて脱離するSiO分子を質量分析器で検出して脱離収率の温度依存性と運動エネルギー依存性を測定した。その結果、1000K以下では酸化膜形成とエッチングが共存し、同じ温度でもエッチング,酸化膜形成,両者共存の反応様式が運動エネルギーによって決まることが明らかとなった。

The oxidation reaction mechanisms for Si(001) by O molecules have been investigated in a surface temperature region from 860 K to 1300 K and in an incident energy region from 0.6 eV to 3.0 eV. Synchrotron Radiation photoemission spectroscopy was used for surface analysis. Si-2p photoemission spectra were measured during molecular beam irradiation so that their dependences on surface temperature and incident energy were clarified. SiO molecules, desorbed from the surface at high temperature region, were also detected by a quadrupole mass analyzer using O molecular beams to measure SiO desorption yield depending on surface temperature and incident energy. Consequently, a reaction scheme, oxide layers formation, etching, and coexistence of both reactions, is determined by the incident energy under 1000 K.