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

利用亚稳态原子开发固体表面分子吸附反应分析系统

• 批准号: 12750719
• 负责人: 山田 健二
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Ishikawa National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750719/
• 关键词: 準安定原子脱励起分光法; 窒化シリコン; アルカリ金属; 触媒効果

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。

高增值电子设备的诞生和工艺工程的进一步开发需要创建新材料以及开发探索这些设备基本特性的新分析方法。特别是，在小型化的过程中，需要分析固体表面和气体分子之间局部吸附反应的系统，但商业上没有产品可用。申请人先前已使用亚稳态激发原子对最外面层的电子状态进行了分析。但是，仅了解吸附反应并不会导致技术应用，从而有助于新的材料过程。我们认为，必须使用定量数据（例如表面结构变化和表面元素含量评估）的复杂系统。因此，在这项研究中，我们开发了一个可以分析固体表面上分子吸附反应的系统，并进行了以下操作以应用实验。 （1）制造样品冷却机制，（2）制造气体射血机制，（3）使用该系统的实验制造测量程序，我们试图将氮分子吸附到Si（001）表面上。使用Na作为催化剂表明它以分子形式吸附，但发现少量氧气向Na沉积表面暴露进一步促进了氮分子的解离和吸附。后者的吸附机制无法通过诸如捐赠和倒退之类的常规解释来理解，并且必须提出一个新模型。这项研究成就是在国际会议上提出的，并在汇编（印刷中）的论文中提交。将来，我们计划在冷却样品表面后进行气体分子吸附实验，以动态检测氮的吸附反应。除了氮分子外，我们还希望用氨（NH_3）进行气体分子物种，并进行以解离过程为重点的实验。

项目成果

Kenji Yamada: "SODIUM-ASSISTED NITROGEN ADSORPTION ON Si(00l) SURFACES AT ROOM TEMPERATURE STUDIED BY METASTABLE DE-EXCITATION SPECTROSCOPY"Surface Science. (印刷中). (2002)

Kenji Yamada：“通过亚稳态去激发光谱研究室温下 Si(00l) 表面上的钠辅助氮吸附”表面科学（2002 年出版）。