Mechanisms of concurrent SiO desorption with oxide layer formation at Si(001) surface

Si(001)表面における酸化膜形成とSiO脱離の共存機構

寺岡 有殿; 吉越 章隆 ; 盛谷 浩右*

Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka; Moritani, Kosuke*

Si(001)表面での超音速酸素分子線による酸化反応を放射光を用いたリアルタイムその場光電子分光法と質量分析法で900Kから1300Kの温度範囲で研究した。光電子分光法ではシリコンと酸素の化学結合状態を、質量分析法ではSiO分子の脱離を評価した。Si2p光電子スペクトルとSiO脱離収率の同時測定によってSiOの減少がSi成分の増加と相関し、また、SiO脱離は酸化膜厚0.22nmで停止することがわかった。これらの事実はSiO脱離は最表面のSi二量体から起こり、脱離の前躯体はいわゆるTサイトであることを示唆している。Tサイトとは酸素原子が二量体のダングリングボンドと結合した状態である。結果的に、DOSモデルでいうところのM1, M2とは、それぞれ、Tサイト及びSi状態であることを明らかにした。

Oxidation reactions at Si(001) surfaces have been studied via real-time in-situ photoemission spectroscopy with synchrotron radiation for chemical bonding states of Si and O atoms and mass spectrometry for desorption of SiO molecules with supersonic O molecular beams in a temperature region from 900 K to 1300 K. In this study, simultaneous measurements of Si 2p photoemission spectra and SiO desorption yield revealed that the decrease of SiO correlated with the increase of Si component, and the SiO desorption was terminated at the oxide thickness of 0.22 nm. These facts suggest that the SiO desorption takes place at the topmost Si dimers and a precursor for SiO desorption is so called a T site, in which O atoms are bonding with the dangling bonds of the dimers. Consequently, M1 and M2 in the Dual-Oxide-Species (DOS) model has been clarified to be a T site and an Si state, respectively.