準安定原子を用いた固体表面分子吸着反応解析システムの開発

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高付加価値な電子デバイスの誕生と、プロセス工学の更なる発展には新材料創出とその基本的特性を探る新分析手法の開発が必要である。特に微細化が進む今日、固体表面とガス分子との局所的吸着反応を解析できるシステムが望まれるが、市販されている製品はない。申請者はこれまで準安定励起原子を用いた表面最外層電子状態分析を行ってきた。ただし、吸着反応を理解しただけでは新材料プロセス分野に貢献できるような技術的応用に発展しない。表面構造変化や表面元素量の評価といった定量的なデータを取り入れた複合的システムが必要と考える。そこで、本研究では固体表面の分子吸着反応を分析できるシステムを開発し、実験に適用するため以下のことを行った。(1)試料冷却機構の製作、(2)ガス噴出機構の製作、(3)計測プログラムの製作このシステムを用いた実験として、Si(001)表面への窒素分子吸着を試みた。触媒としてNaを用いたところ、確かに分子状に吸着することが示唆されたが、Na蒸着表面へ少量の酸素を暴露させると窒素分子の解離吸着が更に促進されることが分かった。後者の吸着メカニズムは、ドネーション・バックドネーションといった従来の説明では理解できず、新たなモデルを提案する必要がある。この研究実績を国際会議で発表するとともに論文にまとめて投稿した(印刷中)。今後は、窒素吸着反応をダイナミックに検出するために、試料表面を冷却した上でガス分子吸着実験を行っていく予定である。またガス分子種を窒素分子のほかに、アンモニア(NH_3)についても行い、解離プロセスに注目した実験を行いたいと考えている。