A Rule on atomic arrangement deduced by X-ray absorption spectroscopy for graphite-like boron carbonitride thin films

グラファイト構造炭窒化ホウ素薄膜のX線吸収分光より演繹される原子配置に関する法則

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

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

グラファイト状炭窒化ホウ素(B-C-N)は組成と原子配置に依存して金属から半導体までさまざまな電子構造をとることが期待されているが、複雑な化学結合状態の混在により構造解析は難しく、得られた材料の原子配置に関してはほとんどわかっていない。われわれは、ボラジンを用いたイオンビーム堆積法によりグラファイト表面にB-C-N薄膜を合成し、NEXAFS分光法によりその局所構造について調べた。B及びN吸収端においてNEXAFSスペクトルはグラファイト的な偏光依存性を示し、主な副生成物である六方晶窒化ホウ素には観測されない複数のピークを低エネルギー領域に示した。これらのピークは低フルエンスにおいて強く観測され、グラファイトへのB, Nドーピングによって得られた何らかのB-C-N化合物に起因した成分であることを示唆する。そこでわれわれはグラファイト構造を持つ複数のモデルクラスターの部分状態密度をab initio分子軌道法によって計算し、実験結果と比較した。われわれは、ピークの相対強度と原子配置の間にある相関関係からB-N間の分極を阻害しないようにB, C, N原子が配置されるという法則について提案する。

Graphite-like boron carbonitride (B-C-N) have been expected to control a wide variety of electronic properties. However, complicated chemical bonding make it difficult to analyze the atomic arrangement between B, C and N has not been well clarified. We used NEXAFS spectroscopy for characterization of local structures of B-C-N thin films. In both B and N K-edge NEXAFS spectra, some *peaks of B-C-N compounds and the * peaks of hexagonal boron nitride (h-BN) appeared with graphite-like polarization dependence. We calculated partial density of states (PDOS) of B and N sites in some models clusters of graphite-like B-C-N by ab initio molecular orbital calculation. Based on the comparison of theoretical results with NEXAFS spectra, we propose a rule that B, C, and N atoms are arranged not to inhibit interatomic polarization between B and N sites in graphite-like structures.