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リアルタイム光電子分光測定によるSi(110)-16$$times$$2初期酸化過程の観察,2

Observation of initial oxidation process on Si(110)-16$$times$$2 by real-time photoemission spectroscopy, 2

加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 山本 喜久*; 今野 篤史*; 成田 克*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆 

Kato, Atsushi*; Togashi, Hideaki*; Yamamoto, Yoshihisa*; Konno, Atsushi*; Narita, Yuzuru*; Suemitsu, Maki*; Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka

Si(110)面は正孔移動度がSi(100)面と比較して約1.5倍大きく、また3次元デバイスの活性面として使われている。しかし、デバイス作製の鍵を握る極薄酸化膜の初期形成過程は、これまでほとんど解明されて来なかった。われわれはリアルタイム放射光光電子分光法を用い、酸素を用いたSi(110)-16$$times$$2清浄表面の室温酸化過程における酸化物被覆率の時間発展を観察したので報告する。酸素圧力1.1$$times$$10$$^{-5}$$Paで室温酸化したときのO1sスペクトルの時間発展では、酸素供給量の増大とともにO1sピーク強度が増大し、同時にピーク位置が高結合エネルギー側にシフトする。このピークシフトは、内殻結合エネルギーの異なる二種類の酸化状態が存在し、それらの強度が酸化の進展に伴って異なる時間発展を持つことに由来する。各ピーク強度の時間発展、Si2pスペクトル挙動、及び、熱的安定性の評価から、Si(110)表面の室温初期酸化がSi(100)面にない特徴的な反応を示すことを見いだした。これらはSi(110)-16$$times$$2再配列構造に存在するアドアトムクラスターの存在と関連付けて理解することができる。

Initial oxidation processes of ultra-thin oxide layers on Si(110)-16$$times$$2 surfaces have not been studied yet. Making clear the chemical reaction mechanisms is, however, important for device fabrication. We observed time evolution of oxide coverage on the Si(110)-16$$times$$2 surface at room temperature. The O1s photoemission spectrum increased with increasing oxygen dose and the peak position shifted to higher binding energy side at oxygen pressure of 1.1$$times$$10$$^{-5}$$ Pa. This peak shift is responsible to two kinds of peak components and their independent time evolutions. Time evolution of each component, behaviour of Si2p spectrum, and thermal stability of the surface reveal that the oxidation of Si(110) surface has different characters in compared with that of Si(100) surface. These facts can be understood on the basis of adatom clusters on the Si(110) surface.

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