Comparison of initial oxidation kinetics between p- and n-type Si(001) surfaces studied by real-time photoelectron spectroscopy

リアルタイム光電子分光によるp-およびn-型Si(001)表面の初期酸化速度の比較

堰端 勇樹*; 小川 修一*; 吉越 章隆 ; 多賀 稜*; 石塚 眞治*; 高桑 雄二*

Sekihata, Yuki*; Ogawa, Shuichi*; Yoshigoe, Akitaka; Taga, Ryo*; Ishizuka, Shinji*; Takakuwa, Yuji*

本研究では、p型およびn型Si表面の酸化キネティクスの違いをリアルタイム光電子分光によって明らかにした。室温では、n型Si(001)の酸化速度定数がp型より大きい。n型Si(10)表面の仕事関数は負であったが、p型では正であった。このことから、酸素原子は、Si-O結合において負電荷を持つので、酸素はn型Si(001)では表面に配置する。一方、p型の場合はサブサーフェイスに潜ると結論した。n型Si(001)基板は、多くの電子を有するため電子は表面に染み出す。その結果、酸化反応がn型Si(001)表面において促進される。これらの結果から、酸化キネティクスの違いは電導度に依存することが分かった。

In this study, we investigated the oxidation reaction kinetics on p- and n-type Si surfaces using real-time ultraviolet photoelectron spectroscopy. In the room temperature oxidation, it is found that oxidation reaction coefficient on n-Si(001) is larger than that on p-Si(001). The work function of the n-Si(001) surface shows negative value but p-Si(001) is positive value. From this result, we can estimate the adsorption positions of O atoms. O atoms have a negative charge in the bond of Si-O, so it can be assumed that oxygen is placed on the n-Si(001) surfaces, but it is subsurface in case of the p-Si(001) surface. In case of n-Si(001) substrates, the doped electrons spill out into the surface because many electrons exist in the substrate. As the result, oxidation reaction is promoted in the n-Si(001) surface. From these results, we found that there is a difference of oxidation kinetics depending on the conductivity.