Orientation of one-dimensional silicon polymer films studied by X-ray absorption spectroscopy

X線吸収スペクトルにより明らかにした一次元シリコンポリマー薄膜の配向について

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

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

シリコンポリマーは炭素ポリマーに比べてシグマ軌道間のエネルギー準位の差(バンドギャップ)が小さいため、理想的な一次元電導体として分子デバイスにおける電子配線としても注目されている。一次元ポリマー薄膜の電気伝導特性や光学特性などの電子物性は、固体表面におけるポリマーの配向に大きく依存する。そこで、真空蒸着法で作成した一次元状シリコンポリマー薄膜の配向を、直線偏光した放射光を用いたX線吸収微細構造法(XAFS)により調べた。高配向性熱分解グラファイト(HOPG)表面に蒸着したポリジメチルシラン(PDMS)のSi K-吸収端XAFSスペクトルに認められる2つのピークの強度は放射光の入射角により変化した。この入射角依存性を解析した結果、PDMS分子は、HOPG表面に平行に"寝ている"ことがわかった。これは、金属銅やインジウムスズ酸化物(ITO)表面においてPDMS分子は垂直に"立っている"というわれわれが依然報告した結果と全く反対であった。HOPG表面でのみポリマーが"寝る"という現象は、ポリマー中のCH結合とHOPG表面のパイ軌道との強い静電相互作用によると結論した。

Molecular orientations for thin films of one-dimensional silicon polymers grown by vacuum evaporation have been assigned by X-ray absorption fine structure (XAFS) using linearly polarized synchrotron radiation. For XAFS spectra of polydimethlysilane (PDMS) films on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), the intensities of two peaks were found to be strongly polarization dependent. Quantitative evaluation of the polarization dependence of the XAFS spectra revealed that the polymers are oriented nearly parallel to the surface. The observed orientation is opposite to the previously observed results for PDMS on oxide (indium tin oxide) and metal (polycrystalline copper). The flat-lying feature of PDMS observed only on HOPG surface is attributed to the interaction between CH bonds in PDMS and orbitals in HOPG surface.