Observation of ion-irradiation induced diffusion in Pd-Si system using synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopy

放射光X線光電子分光法を用いたPd-Si系におけるイオン照射誘起拡散の研究

岩瀬 彰宏*; 知見 康弘; 石川 法人   ; 中谷 力造*; 加藤 雄三郎*; 福住 正文*; 土田 秀次*; 馬場 祐治  

Iwase, Akihiro*; Chimi, Yasuhiro; Ishikawa, Norito; Nakatani, Rikizo*; Kato, Yuzaburo*; Fukuzumi, Masafumi*; Tsuchida, Hidetsugu*; Baba, Yuji

高エネルギーイオン照射下でのPd-Si系におけるPd中のSi原子の拡散について、放射光X線光電子分光法を用いて調べた。試料は、Si単結晶上にPdを堆積させて作製した。Pd層の厚さは10-300nmであった。照射前には、Pdのみの光電子スペクトルが観測され、Siは全く観測されなかった。3MeV Si, 1MeV O又は200MeV Xeイオンを照射すると、バルクSiの1s電子の結合エネルギーより約3eV高いところに付加的な光電子スペクトルの成分が現れた。この結果は、高エネルギーイオン照射によってSi-Pd界面からPd層表面までのSi原子の拡散が誘起されたことを示唆している。結合エネルギーのシフトは、SiからPdへの電子の移動に起因していると解釈される。イオン照射誘起拡散を反映した光電子スペクトルのイオン種及びイオン照射量依存性について議論する。

Diffusion of Si atoms in Pd under energetic ion irradiation is studied in Pd-Si thin layer system using synchrotron radiation photoemission spectroscopy. Specimens are prepared by depositing Pd on Si single crystals. The Pd layer thicknesses are 10-300 nm. Before irradiation, we observe photoemission spectra only for Pd, but do not find any trace of Si. After irradiation with 3-MeV Si ions, 1-MeV O ions or 200-MeV Xe ions, we observe an additional photoemission component at the binding energy about 3 eV higher than that of Si 1s bulk component. The experimental result implies that the energetic ion-irradiation induces the diffusion of Si atoms from the Si-Pd interface to the Pd layer surface. The shift of the binding energy from the value for the Si bulk can be interpreted as arising from electron charge transfer from Si to Pd. The dependences of photoemission spectra and ion-irradiation induced diffusion on ion-species and ion-fluence are discussed.