Atomic arrangement, composition and orientation of hexagonal BCN films synthesized by radiofrequency plasma enhanced CVD

高周波プラズマ誘起化学蒸着法により合成した六方晶ホウ素-炭素-窒素薄膜の原子配列,組成、及び配向について

Mannan, M. A.*; 木田 徹也*; 野口 英行*; 永野 正光*; 下山 巖   ; 平尾 法恵; 馬場 祐治  

Mannan, M. A.*; Kida, Tetsuya*; Noguchi, Hideyuki*; Nagano, Masamitsu*; Shimoyama, Iwao; Hirao, Norie; Baba, Yuji

トリス-ジメチル-アミノボランを原料物質として用い、高周波プラズマ誘起化学蒸着法によりSi(100)単結晶表面に高度に配向した六方晶のホウ素-炭素-窒素薄膜(BCN薄膜)を作成することに成功した。六方晶BCNの結晶が生成していることは、フーリエ変換赤外分光法及びX線回折法により確認した。メタンと水素の混合気体をキャリアーガスとして用いると、窒素を用いたときよりも炭素濃度が増大した。X線光電子分光測定の結果、生成したBCN薄膜中には、B-N結合,B-C結合,C-N結合などさまざまな結合状態が存在することがわかった。また、放射光を用いたX線吸収端微細構造(NEXAFS)測定の結果、ホウ素K-吸収端にパイ共鳴ピークが認められることから、BCN薄膜中には、六方晶BN薄膜に存在するBN結合と同様に、混成軌道を持つことがわかった。以上の結果と、NEXAFSスペクトルの偏光依存性から、生成したBCN薄膜は、高度に配向していることが明らかとなった。

Oriented hexagonal BCN films were synthesized on Si(100) substrate by radiofrequency plasma enhanced chemical vapor deposition using tris-(dimethylamino)borane as a precursor. The formation of the crystalline hexagonal BCN hybrids was confirmed by FT-IR and XRD. CH + H carrier gas increased the C content in the films in comparison with N carrier gas. XPS measurement showed that the films were composed of a variety of B-N, B-C, C-N bonds to form the BCN atomic hybrids. The resonance peak in the B K-edge NEXAFS spectra also indicated the presence of the hybrid configuration of B-C-N bonds like BN in h-BN. The resonance peaks suggested the diversity in the bonds in the films. Orientation of the h-BCN hybrids was suggested on the basis of the polarization dependence of NEXAFS.