超音速酸素分子ビームによる銅金合金表面の酸化過程解明

Oxidation processes of copper-gold alloy surface induced by supersonic oxygen molecular beam

岡田 美智雄*; 津田 泰孝*; 吉越 章隆 ; Dio, W. A.*

Okada, Michio*; Tsuda, Yasutaka*; Yoshigoe, Akitaka; Dio, W. A.*

超音速酸素分子ビームを用いたCuAu(111)の酸化過程の表面温度依存性を解明した。実験はSPring-8放射光X線光電子分光(XPS)を用いた。酸素ビーム照射前の表面では、表面第一層にAu原子が析出しているが、酸化して0.5ML程度の酸素が吸着すると表面にCuが析出し酸素吸着層を形成し、第2, 3層にAuが多く存在する特異な構造を形成する。表面温度300Kでは、0.5ML程度で飽和吸着し、亜酸化銅は成長しなかった。一方、Cu(111)ではCuAu(111)よりも、効率よく酸化が起こり、亜酸化銅が成長した。これは、CuAu(111)では、0.5ML程度で第2, 3層にAu原子が多く存在し衝突誘起吸収機構による酸化を阻害するためである。理論計算からもO原子のバルクへの拡散障壁は、CuAu(111)で大きくなっている。ごく一部Cu原子が多く存在するサイトでは衝突誘起吸収機構により亜酸化銅が生成した。一方、表面温度400および500Kでは、酸化が進み亜酸化銅の成長が見られた。400Kでは、表面上に酸化物が成長し、バルクへの酸化はまだ押さえられているが、500Kでは、バルクへと亜酸化銅が成長し、保護膜機能は壊れることがわかった。

We reported the our studies on the surface temperature (Ts) dependence of oxidation on the CuAu(111) surface by a supersonic O molecular beam, using synchrotron radiation X-ray photoemission spectroscopy. Clean surface shows strong Au segregation to the top layer, i.e., Au surface enrichment of the clean surface. Complete Cu segregation to the surface occurs at 0.5 ML O surface coverage. The Au-rich second and third layers of the oxidized surface demonstrate the protective layer formation against oxidation deeper into the bulk. We found that CuO formation occurs. At Ts = 300K, the CuO growth is not so effective. The surface oxidation is less effective on CuAu(111) than on Cu(111). At Ts = 400K, the protection by the Au-rich layer against oxidation into bulk is effective. At Ts = 500K, the Au protective layer is broken due to effective Au diffusion and thus CuO grows deeper into bulk.