Hexagonal nano-crystalline BCN films grown on Si (100) substrate studied by X-ray absorption spectroscopy

X線吸収分光法によるシリコン(111)単結晶表面に成長した六方晶ホウ素-炭素-窒素化合物のナノ結晶の構造に関する研究

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

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

シリコン(111)単結晶表面に作成した六方晶ホウ素-炭素-窒素化合物(h-BCN)ナノ結晶薄膜の構造を放射光を用いたX線吸収分光法により調べた。試料はホウ素,炭素,窒素を含む有機化合物であるトリスジメチルアミノボランを原料とし、高周波プラズマ誘起化学蒸着法により作成した。h-BCN構造が生成したことはX線回折により確認した。直線偏光した放射光を用い、ホウ素K-吸収端のX線吸収スペクトルを測定したところ、ホウ素1s軌道から価電子帯の非占有パイ軌道、及びシグマ軌道への共鳴吸収によるピークが認められた。これらのピーク強度の偏光依存性とX線光電子分光測定の結果から、ホウ素原子は3個の窒素原子と結合し、h-BCN平面内でsp2結合を形成することが明らかとなった。

Hexagonal nano-crystalline boron carbonitride (h-BCN) films grown on Si (100) substrate have been investigated. The films were synthesized by radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition using tris-dimethylamino borane as a precursor. Formation of the nano-crystalline h-BCN compound has been confirmed by X-ray diffraction analysis. The films composed of B, C, and N atoms with different B-N, B-C, C-N chemical bonds in forming the sp2-BCN atomic configuration studied by X-ray photoelectron spectroscopy. Orientation and local structures of the h-BCN hybrid were studied by near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) measurements. The dominant presence of and resonance peaks of the sp2-hybrid orbitals in the B K-edge NEXAFS spectra revealed the formation of the flat sp2-BCN configuration around B atoms which are bound with three nitrogen atoms.