高速の電子励起イオン脱離法による結晶表面欠陥の生成・消滅程の動的観察

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機能性材料の研究開発に各種の表面の分析機器が使用されているが、先端的な研究開発の現場では、これらの分析機器の能力を越えて使用されることもある。実際に、半導体結晶の表面を水素終端化することで新しいモードの結晶成長が期待され、人工超格子やメゾスコピック関係の機能性材料の開発がなされている。しかし、水素との相互作用の研究を定量的評価無しに行っているのが現状である。本研究では上記の困難を克服するために独自に開発した水素検知可能な電子励起イオン脱離(TOF-ESD)装置を用いてシリコン及び、ガリウムひ素面の水素終端化の定量とそれらの上にヘテロエピタキシーをその場観察で成長させて水素終端化の定量的評価とその適正材料の組み合わせの提案を行うことを目的とした。固体表面から水素を検知してその定量評価を行うためには脱離の機構を解明しておく必要がある。そのためには、シリコン表面への水素の吸着特性とともに、脱離イオンの運動エネルギー分布と脱離を生じさせる電子ビームのしきい値を知ることは脱離機構を調べる上できわめて重要な要因である。本研究の結果からは、結晶面の面指数や微量の不純物の存在によって大きく左右されることが判った。また、導入する水素も原子状の水素か分子状の水素であるかによってその吸着特性が大きく異なる。結果の詳細は引き続き解析中であるが水素イオンの脱離機構解明のために必要なデーターはほぼ得られた。水素化シリコン上の金属のエピタキシャル成長についても研究が進展している。研究計画ではシリコンのみでなくガリウムひ素やその他の化合物半導体まで研究対象を広げる予定であったが、シリコンのみ取り上げても微傾斜面^<1)>やcz結晶、また酸素含有量の少ないrz結晶の比較、それらの再現性の実験を繰り返すのに時間を消費したのでシリコンに関する研究のみで終了した。