水素終端Si(110)表面UV/O酸化過程のXPS解析

XPS study on the UV/O oxidation of H-terminated Si(110) surface

中野 卓哉*; 富樫 秀晃*; 松本 光正*; 山本 喜久*; 鈴木 康*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆 ; 末光 眞希*

Nakano, Takuya*; Togashi, Hideaki*; Matsumoto, Mitsutaka*; Yamamoto, Yoshihisa*; Suzuki, Yasushi*; Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka; Suemitsu, Maki*

水素終端Si(110)面の室温UV/O酸化時における酸化膜の時間発展を放射光光電子分光法によって観察し、水素終端Si(110)表面に固有の酸化機構を見いだした。HF処理により水素終端させたSi(110)面に、大気下で低圧水銀ランプによるUV光(253.7, 184.9nm)を照射して表面を酸化した。UV/O照射時間に対する酸化膜厚の時間発展はステップ的挙動を示し、そのステップ幅は約0.2nmであった。これはSi(110)面の酸化膜厚1層分(0.19nm)にほぼ等しい。(110)面内のSi原子には鎖状に密に結合するAボンドと上下のAボンド鎖を膜厚方向に疎に結合するBボンドがある。ステップ的酸化挙動は酸化歪の小さいBボンド酸化がAボンド酸化に比べて大きな反応速度を持つと考えることで理解可能である。

Time evolution of oxide layers in the H-terminated Si(110) surface by the UV/O treatment at room temperature was observed by photoemission spectroscopy with synchrotron radiation. Special oxidation mechanisms for the H-terminated Si(110) surface were found. Si(110) surfaces were hydrogenated by HF treatments. The surface was irradiated and oxidized by UV light (253.7, 184.9 nm) of a low pressure Hg lamp in the air. The UV/O irradiation time dependence of oxide thickness showed a step-wise profile. The step width was about 0.2 nm. The value is close to one oxide layer thickness (0.19 nm) for the Si(110) surface. Si atoms at the Si(110) surface are categolized to A bonds which are chain-like dense bonds, and B bonds which connect up and down A bond chains. The step-wise oxidation behaviour is reasonable if oxidation at the B bonds, in which oxidation strain is smaller than that of A bonds, has larger reaction rate than at the A bonds.