窒化ホウ素超薄膜コーティングされたシリコンの耐酸化性テスト

Oxidation resistance of silicon coated by boron nitride ultra thin film

下山 巖   ; 宮内 英夫*; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 平尾 法恵*; 奥野 健二*

Shimoyama, Iwao; Miyauchi, Hideo*; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Hirao, Norie*; Okuno, Kenji*

窒化ホウ素(BN)は、優れた耐熱性,化学的安定性,負電子親和性などによりシリコンカソードのコーティング材料として注目を集めている材料の一つである。われわれは膜厚10nm以下の超薄膜BNコーティングによるシリコンの耐酸化性について調べるため、化学気相蒸着法を用い12原子層のBN超薄膜をシリコン上にコーティングした。BNコーティングしたシリコンとBNコーティングしないシリコンの高温ドライ酸化の比較実験を行い、X線光電子分光法により表面の化学状態変化を調べた。その結果、400C1000Cの温度領域でBNコーティングしたSiは明瞭な熱酸化が観測されず、BNコーティングによって耐酸化性が極めて向上することが明らかになった。さらにわれわれは大気中での耐酸化性を調べるためBNコーティングしたSiを室温で数日間大気曝露させ、XPSで表面状態分析を行った。その結果自然酸化膜と同程度のシリコン酸化膜が形成されたことが明らかにされた。この結果によりBN超薄膜は高温でのドライ酸化に対しては優れた耐酸化性を示すが、大気中では抗酸化膜として十分機能しないことがわかった。

Boron nitride (BN) ultrathin film attracts much attention as a coating material for Si cathode due to the chemical stability, heat resistance, and negative electron affinity. In order to study the oxidation resistance of BN ultrathin film coating, thermal dry oxidation is applied to BN coated Si and non-coated Si at various temperatures. X-ray photoelectron spectroscopy is devoted to clarify the modification of chemical state of the samples. The XPS spectra change by the thermal oxidation for the non-coated Si. On the other hand, it scarcely change by the thermal oxidation for the BN coated Si. The oxidation resistance in ambient air is also investigated for BN coated Si. After the several days exposure of air, the O 1s photoelectron peak is drastically enhanced. These results mean that BN ultrathin film works as protective coating for dry thermal oxidation, however it does not work in ambient air.