超音速窒素分子線で誘起されるAl(111)表面の窒化反応解析

Analysis of Al(111) nitridation induced by supersonic N molecular beam

神農 宗徹*; 寺岡 有殿; Harries, J.; 高岡 毅*; 吉越 章隆 ; 岡田 隆太; 岩井 優太郎*; 米田 忠弘*

Jinno, Muneaki*; Teraoka, Yuden; Harries, J.; Takaoka, Tsuyoshi*; Yoshigoe, Akitaka; Okada, Ryuta; Iwai, Yutaro*; Komeda, Tadahiro*

Al(111)表面に超音速N分子線を照射すると並進運動エネルギー1.8eVをしきい値として直接窒化反応が起きる。このとき、N原子が1nm程度バルク側で拡散することも見いだされ、基板温度の影響を示唆しているので、基板温度300Kから623Kの範囲で直接窒化反応の基板温度依存性について調べた。また、形成した薄膜の熱変性についても調べた。基板温度に依存した窒化反応が始まるまでの待機時間の存在を見いだした。この反応は、基板温度が高いほど反応確率が高く、物理吸着を経由した解離吸着と逆の傾向を示した。AlN膜の熱変性では、N, Nに比べ、N, Nが安定であることがわかった。620K以上の昇温でNの割合が増加した理由は、N原子密度が減少し、表面近傍でAl-N-Alが増加したためと考えている。この反応は、二段階の反応であると考えている。第一段階は、低確率で局所的にN分子が並進運動エネルギー誘起吸着を起こし、吸着構造を形成する。第二段階は、その局所構造にN分子が衝突し解離吸着が起こり反応が進行する。このとき、Nが安定な構造をとり、AlN膜が成長する。待機時間は第一段階にかかる時間であると解釈している。

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