Electronic structures of silicon monoxide film probed by X-ray absorption spectroscopy

X線吸収分光法により明らかにした一酸化ケイ素薄膜の電子構造

馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 下山 巖   ; 平尾 法恵

Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Shimoyama, Iwao; Hirao, Norie

SiとSiOの中間の組成を持つSiO(0x2)の薄膜はさまざまなナノ構造をとることから、新規の電子,光学デバイスや高機能性吸着剤としての応用が期待されている。しかしその構造はよくわかっておらず、特にSiとSiOの中間の原子価状態であるSiO(Siの原子価は2価)は、気相中では極めて安定な分子であるにもかかわらず、固相SiOの構造や電子状態に関してはいまだに多くの論争がある。そこで本研究では、化学的に不活性な高配向性熱分解グラファイト(HOPG)表面に、SiO分子を蒸着し、SiO薄膜の構造と電子状態を放射光を用いたX線吸収分光法とX線光電子分光法で調べた。その結果、単層以下の膜厚を持つSiO薄膜中のSiは2価の原子価状態をとり安定に存在することがわかった。またSi K-吸収端におけるX線吸収分光スペクトルには、SiOの3重結合に起因するパイ共鳴吸収及びシグマ共鳴吸収ピークが明瞭に認められ、これらのピーク強度の偏光依存性から、SiO分子が表面に垂直に配列した安定な構造をとることを明らかにした。

Electronic structures of thin films of silicon monoxides (SiO) deposited on a solid surface have been in-situ investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption fine structure (XAFS). For thin films with less than monolayer on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), it was elucidated that the stable divalent silicon surely exists in the deposited SiO layer. For the Si K-edge XAFS spectrum of the SiO thin film, the energy of the core-to-valence resonance peak is located between those of the elemental silicon (Si) and SiO (Si). The polarization dependence of the Si K-edge XAFS spectra revealed that the SiO molecules are well-ordered and almost perpendicularly oriented on HOPG surface. The obtained well-ordered SiO films with divalent silicon will become an excellent starting material for the synthesis of low-dimensional SiO films.