原子状水素吸着過程のSi(111)77再構成構造面内のストレス測定

Stress measurement of Si(111)77 reconstruction during atomic hydrogen adsorption

魚住 雄輝; 朝岡 秀人  

Uozumi, Yuki; Asaoka, Hidehito

Si(111)表面ではダイマーやアドアトム形成により表面エネルギーが減少した再構成構造を形成し、バルクと異なる表面特有のストレスを有することがD.Vanderbiltによる理論計算によって示されている。前回の報告では、Si(111)77基板および水素終端処理を施したH-Si(111)11基板にMBE法によりGe(111)55再構成構造を形成し、両基板の表面ストレス値を比較することでSi(111)77再構成構造とH-Si(111)11構造の差が1.6N/mであることを実験値として得た。今回、室温および380Cに加熱したSi(111)77基板に原子状水素が吸着する過程をRHEEDと表面ストレス測定法によるその場観察を実施した。その結果、表面構造がSi(111)77からSi(111)11に変化し、Si表面の水素終端化を確認した。表面ストレス測定では原子状水素吸着と同時に表面ストレスが緩和する様子を捉え、原子状水素吸着時に発生する欠陥が最も抑制され、かつモノハイドライドで終端される5,000Langmuir条件で1.7N/mを示した。本結果は、理論計算値と良い一致を示しており、Si(111)77再構成構造形成時の表面ストレス値を実測することに成功した。

We have succeeded in measurements of the surface stress in Si(111) as a function of 77 reconstruction by comparison with the H-terminated Si(111) 11 surface. In order to obtain information on both the surface stress and the surface reconstruction simultaneously, we havecombined the surface-curvature and the reflection-high-electron-energy-diffraction instrumentations in an identical ultrahigh vacuum system. The stress evolution shows a decrease of tensile stresscorresponding to the formation of H-termination at the beginning of the atomic hydrogen exposure of Si(111) 77 surface. After the above treatment, a complete transformation of the surface structure occurs from the reconstructed surface to the 11 one. As a result, we find the Si(111) 11 surface releases 1.7 N/m (=J/m), or (1.4 eV/(11 unit cell)), of the surface energy from the strong tensile Si(111) 77 reconstruction.