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論文

Initial oxidation kinetics of Si(113)-(3$$times$$2) investigated using supersonic seeded molecular beams

大野 真也*; 田中 一馬*; 小玉 開*; 田中 正俊*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿*

Surface Science, 697, p.121600_1 - 121600_6, 2020/07

https://doi.org/10.1016/j.susc.2020.121600
 被引用回数：1 パーセンタイル：5.82(Chemistry, Physical)

放射光高分解能光電子分光法によってシリコン(113)表面の初期酸化を調べた。本研究では、Si2pとO1s光電子スペクトルから酸化物の厚さおよび組成を評価するとともにSiO$$_{2}$$/Si界面のひずみを評価した。Si2pから酸化成分(Si$$^{1+}$$, Si$$^{2+}$$, Si$$^{3+}$$, Si$$^{4+}$$)を分析した。また、O1sスペクトルは、低結合エネルギー成分(LBC)および高結合エネルギー成分(HBC)に分離された。非熱酸化プロセスを調べるために、並進運動エネルギー($$E_{rm t}$$)を高めることが可能な超音速シード分子ビーム(SSMB)を使った。酸化物の品質と酸化速度が、$$E_{rm t}$$を変えることで大きく変わることが明らかになった。

口頭

半導体表面上のオリゴチオフェン分子薄膜の構造解析

小玉 開*; 平賀 健太*; 大野 真也*; 関口 哲弘; 馬場 祐治; 田中 正俊*

no journal, , 

有機半導体デバイスの性能は界面構造に大きく依存する。我々はSiO$$_{2}$$、GaSe、WSe$$_{2}$$等の半導体基板上に成長させた$$alpha$$-オリゴチオフェン6量体($$alpha$$-6T)分子薄膜の構造をX線吸収端微細構造(NEXAFS)法により解析した。$$alpha$$-6T分子は長軸方向に$$sigma$$$$^{*}$$軌道が、また分子面には$$pi$$$$^{*}$$軌道が存在するため、直線偏光X線を用いることにより分子配向構造を詳細に決定することできる。基板に依存して$$alpha$$-6T分子配向構造が異なることが見出された。GaSe基板上で$$alpha$$-6T分子は長軸を基板平行に配向する。一方、SiO$$_{2}$$では分子は長軸を垂直に立った構造をとる。配向構造の違いは分子と基板との界面における相互作用の違いに基づくと解釈した。

口頭

超音速分子線を用いて酸化されたSi(113)表面の解析

田中 一馬*; 大野 真也*; 小玉 開*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 田中 正俊*

no journal, , 

3次元構造をもつSi-MOSFET構造においては、Si高指数面上に形成される極薄酸化膜の構造や電子状態の詳細な理解が求められている。本研究ではSPring-8 BL23SUの表面化学実験ステーション(SUREAC2000)においてSi(113)表面酸化過程のリアルタイム光電子分光実験を行った。Si(113)の酸化には0.06から1.0eVの並進運動エネルギーの超音速分子線を用いた。Si2pのスペクトルをSi$$^{B}$$, Si$$_{alpha}$$, Si$$_{beta}$$, Si$$^{1+}$$, Si$$^{2+}$$, Si$$^{3+}$$, Si$$^{4+}$$の7成分にピーク分離して解析した。Si$$^{B}$$はSi基板由来のピーク、Si$$_{alpha}$$, Si$$_{beta}$$は界面歪みSi成分のピーク、Si$$^{1+}$$, Si$$^{2+}$$, Si$$^{3+}$$, Si$$^{4+}$$は酸化状態に対応したピークである。分子線の並進運動エネルギーの増大に伴い、Si$$^{1+}$$とSi$$^{2+}$$は減少傾向を、Si$$^{3+}$$とSi$$^{4+}$$に関しては増加傾向を示した。本報告ではSi(113)表面酸化過程におけるそれぞれの成分の振る舞いを系統的に議論する。

口頭

Analysis of the structure of $$alpha$$-sexithiophene thin films grown on layered materials

小玉 開*; 平賀 健太*; 大野 真也*; 関口 哲弘; 馬場 祐治; 田中 正俊*

no journal, , 

有機半導体分子は配向方向により電子的性質が異なるため、分子配向の制御に興味がもたれている。WSe$$_{2}$$やGaSeは層構造をもつ半導体であり、Si表面のように有機物を分解せず、またSiO$$_{2}$$表面のようにランダム構造でなく規則正しい表面構造をもつことから、有機半導体分子を規則正しく配列できる基板の候補として期待されている。本研究では、SiO$$_{2}$$/Si表面および 劈開して得たWSe2とGaSeの清浄基板上に有機半導体である$$alpha$$-チオフェン6量体(6T)を分子層数制御して真空蒸着を行い、単分子以下から数層の薄膜を作製した。直線偏光放射光を用いた角度依存X線吸収端微細構造(NEXAFS)法により、有機半導体分子の配向構造を解析した。分子配向角度が膜厚に依存して大きく変化すること、また基板の種類により膜厚依存性がかなり異なることが見だされた。基板の最表面原子構造と6T分子固体の構造的な整合性および分子-基板間相互作用の違いが系の安定性に影響し、配向構造が異なると考えられる。

口頭

Initial oxidation processes on Si(113) surfaces at room temperature

田中 一馬*; 大野 真也*; 小玉 開*; 安部 壮祐*; 三浦 脩*; 成重 卓真*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 田中 正俊*

no journal, , 

Recently, the complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) devices with three-dimensional nanostructure such as Si nanowire transistor were proposed. In these devices, there exist an SiO$$_{2}$$/Si interface grown on high-index planes. Therefore, research of the structure and chemical bonding nature of such an interface is an urgent task. In our previous work, we showed that characterization of the deformed Si-O-Si at the SiO$$_{2}$$/Si interface on Si(113) may be possible by analyzing both Si 2p and O 1s states simultaneously in the thermal oxidation process. However, the initial oxidation process on Si(113) at room temperature (RT) is still poorly understood. In this work, we investigated the initial oxidation process on Si(113) surfaces by real-time photoelectron spectroscopy.

口頭

Si(113)表面における酸化メカニズムの解析

田中 一馬*; 大野 真也*; 小玉 開*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 田中 正俊*

no journal, , 

Siナノワイヤトランジスタ等の3次元構造をもつMOSFET構造においては様々な面方位のSiO$$_{2}$$/Si界面が存在する。したがって、Si高指数面上に形成される極薄酸化膜の構造や電子状態のより詳細な理解が求められている。本研究では、Si高指数面のうち酸化過程が特異であると期待されるSi(113)面の酸化に焦点を当て、SPring-8 BL23SUの表面化学実験ステーションにおいてリアルタイム光電子分光実験を行ってその酸化過程を調査した。酸素ガス(0.03eV)に曝露した酸化では、バンドベンディングが初期過程で急激に減少するのに対し、1.0eVの分子線を用いた酸化では初期過程でのわずかな減少から増加傾向に転じた。本講演では並進運動エネルギー依存性に着目して、Si(113)面における酸化メカニズムについて報告する。

口頭

超音速分子線を用いて酸化したSi(113)表面の電子状態解析

田中 一馬*; 大野 真也*; 小玉 開*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 田中 正俊*

no journal, , 

Siナノワイヤトランジスタなどの3次元構造を有するMOSFET構造においては様々な面方位のSiO$$_{2}$$/Si界面が利用され、Si高指数面上に形成される極薄酸化膜の構造や電子状態のより詳細な理解が求められている。本研究では、SPring-8 BL23SUの表面化学実験ステーション(SUREAC2000)においてSi(113)表面酸化過程のリアルタイム光電子分光観察を行うことで、その酸化状態の詳細な知見を得ることを試みた。酸素ガス及び0.06-1.0eVの並進運動エネルギーの超音速分子線を用いることで酸素分子の並進エネルギーを変化させることでSi酸化状態が操作可能であることが判明した。

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