NEXAFSを用いた2次元B-C-Nハイブリッド薄膜のキャラクタリゼーション

NEXAFS characterization of two-dimensional B-C-N hybrid thin films

Uddin, M. N.*; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 永野 正光*

Uddin, M. N.*; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Nagano, Masamitsu*

半金属のグラファイトと絶縁体の六方晶窒化ホウ素(h-BN)の中間の組成をとるハイブリッド構造(B-C-Nハイブリッド)は組成と原子配置に依存して広い範囲のバンドギャップをカバーする2次元半導体となることが理論的に報告されている。しかし、合成された試料のほとんどはさまざまな結合の組合せによる複雑な結合状態をとるため構造に関して不明な点が多い。そこでわれわれは吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)分光法を用いた構造解析を行った。ボラジンのイオン化により得られるフラグメントイオンを3keVでグラファイトにイオン注入し、フルエンスと試料温度を制御することでさまざまな組成のB-C-N薄膜を作成した。500Cで合成した試料のNEXAFSスペクトルは偏光依存性を示し、さらにh-BNの*ピークの低エネルギー側に観測された複数の*成分は異なる偏光依存性を持つことがわかった。この結果はB-C-N薄膜中に平面構造から歪んだ立体配置をとる局所構造が存在していることを示唆している。これらの成分の解釈を行うために幾つかのモデルクラスターを用いてDV-X分子軌道計算を行い、実験結果との比較を行う。

Graphite-like B-C-N hybrids have been expected to control a wide variety of electronic properties from metal to insulator. However, single phase of B-C-N hybrids has not been synthesized so far. Since most B-C-N hybrids have complex structure including various unknown chemical bonding states, the local structures have not been clarified yet. We synthesized B-C-N hybrid thin films were synthesized by ion beam deposition of borazine on a graphite substrate, and characterized them by NEXAFS spectroscopy. B K-edge NEXAFS spectra showed some unknown * peaks below the * peak of h-BN. These unknown * peaks showed smaller polarization dependence than the * peak of h-BN. This suggests that local structures which correspond to the unknown peaks have a distorted configuration. To interpret this distorted configuration, some model clusters are calculated by a molecular orbital theory, and the electronic structures are compared with NEXAFS.