Observation of electronic structures at nanometer scale for silicon compounds by SR-excited PEEM

放射光を光源に用いた光電子顕微鏡によるシリコン化合物のナノ電子構造観察

馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 下山 巖   ; 本田 充紀   ; 平尾 法恵*; Deng, J.

Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Shimoyama, Iwao; Honda, Mitsunori; Hirao, Norie*; Deng, J.

放射光軟X線を光源に用いた光電子顕微鏡により、種々のシリコン化合物についてナノメートルスケールの化学結合状態観察を試みた。測定対象とした試料は、Si-SiOx, Si-SiNx及び有機シリコン化合物のマイクロパターンである。光電子顕微鏡の空間分解能は約40ナノメートルであった。Si-SiOx, Si-SiNxマイクロパターンについては、化学結合状態(シリコンの原子価)に依存した画像をナノメートルスケールで観察することができた。有機シリコン化合物として、有機デバイスの候補材料として有望なシリコンフタロシアニン塩化物のマイクロパターンを蒸着法により作成し、画像観察を行った。得られた画像の各領域における輝度をSi K-吸収端領域の放射光のエネルギーに対してプロットし、これをX線吸収スペクトルと比較することにより、マイクロパターンの各領域における電子構造を明らかにすることができた。また、加熱による画像変化から、蒸着した分子の表面拡散を実時間で観察することに成功し、拡散機構を明らかにした。

Photoelectron emission microscopy (PEEM) excited by soft X-rays from synchrotron light source has been applied to the nano-scaled observations on electronic structures for silicon compounds. The lateral spacial resolution of the PEEM was about 40 nm. For organic silicon compounds, silicon phthalocyanine dichloride (SiPcCl) molecules were deposited on the gold surface using a mask. At room temperature, periodic bright-and-dark PEEM images were clearly observed by the excitation at the Si K-edge. The brightnesses of the bright and dark regions were plotted as a function of the photon energy. In comparison with the X-ray absorption spectrum of SiPcCl molecules, the electronic structure of each domain in the PEEM image was elucidated at nanometer scale. When we annealed the sample, the lateral diffusion of the deposited layer was in-situ observed at real time.