メゾスコピック構造形成過程におけるフリーラジカルのネットワーク化と構造緩和

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真空蒸発で作成したSiフリーラジカルを7x7超格子構造を示すSiウエハーの(111)表面上に凝集させながら,その構造形成過程及び表面の構造形成を観測するための超高真空装置を整備した。そのために,高速反射電子回折(RHEED)強度を高感度ビデオカメラで撮影し,1/30秒のオーダの時間分解できるビデオディスクレコーダに記録し,その後に成長表面を超高真空走査型トンネル顕微鏡(STM)で観察できるようにした。成長初期にはエピタキシャル成長するが,成長とともに構造が不均質化してアモルファス構造に変化する条件(基板温度300℃以下)でSi薄膜を成長させ,RHEED強度の観測及びSTM像を観察して,次の結果を得た。ア.(0,0)スポットのRHEED振動が成長とともに減衰し,構造が不均質化することが確認できた。イ.(1/2,0)スポットのRHEED振動は,1バイレイヤー(厚さ0.31nm)の厚さに相当する薄膜が成長した後に観測され,局所的に2_x2構造形成を示すSTM像が得られた。また,50nmの厚さのSi薄膜を成長させた後に900℃でアニールし,アニール前後の各表面のSTM像を観察した結果,2〜4バイレイヤーの高さをもつアモルファス構造が1〜3バイレイヤーの高さのステップ構造とテラス上は7x7構造が表面に形成されていることを確かめた。以上の結果より,次年度以降,成長の各段階でのRHEED図形の変化とSTM像の観察から,成長中及び後の構造形成過程の詳細を原子レベルで検討すことが可能になった。