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Real-time observation of initial stage on Si(001) oxidation studied by O-1s photoemission spectroscopy using synchrotron radiation

放射光O-1s光電子分光によるSi(001)表面初期酸化のリアルタイム観察

吉越 章隆; 盛谷 浩右; 寺岡 有殿

Yoshigoe, Akitaka; Moritani, Kosuke; Teraoka, Yuden

Si(001)表面のO$$_{2}$$ガスによる熱酸化は、表面科学の基礎的理解として興味深い反応系であり、SiO$$_{2}$$/Si(001)界面形成という応用上も重要である。これまでの実時間光電子分光実験は、ある一つ固定したエネルギーの光電子ピークに注目して、その強度の時間変化が調べられてきた。そこでわれわれは、1$$times$$10$$^{-4}$$PaのO$$_{2}$$ガスにおけるSi(001)表面の熱酸化初期状態の時間変化を、O-1s光電子スペクトルをリアルタイムで測定することにより調べた。実験は、SPring-8の軟X線ビームラインBL23SUに設置した表面反応分析装置(SUREAC2000)により行った。基板温度855K及び955KにおけるO-1s光電子スペクトルの面積強度の時間変化を、速度論で解析したところ、855Kにおいては単純なLangmuirタイプ及び955Kにおいてはautocatalytic反応モデルで説明できることが分かった。

Many studies of the thermal oxidation on Si(001) surface by O$$_{2}$$ gas have been already carried out from both experimental and theoretical methods. The oxidation reaction kinetics have been studied by real time photoemission spectroscopy. Most reports, however, were performed at a fixed electron binding energy. We present the study of initial stage of thermal oxidation on Si(001) surface at the O$$_{2}$$ pressure of 1x10$$^{-4}$$ Pa performed by real time O-1s synchrotron radiation photoemission spectroscopy.All experiments were performed at SUREAC2000 at BL23SU in the SPring-8. The pure O$$_{2}$$ gas of 1x10$$^{-4}$$ Pa was fed into the reaction analysis chember through a variable leak valve. The results of oxygen uptake curves obtained by O-1s peak area intensities at the substrate temperature of 855K and 955K indicate that the Langmuir adsorption model provided the best fitting result for the 855K oxidation, whereas the oxidation at 955K was well explained by the autocatalytic reaction model.

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分野:Physics, Applied

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