インターエレメント結合による新機能性材料設計のための界面量子化学

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21世紀に本格化すると予想される高度情報化社会に向けて、新機能性半導体デバイスの開発が急速に進展し、金属・半導体・絶縁体の界面構造を原子スケールで制御する化学気相成長(CVD)素過程の解明と制御への期待が一気に高まり、これに呼応して、まさに原子スケール界面を強く意識した量子化学が、理論化学としても、また具体的技術としても碓立されることが時代の要請として焦眉の急となっている。申請者は、領域電子密度汎関数理論的視点から、s,p,d,f軌道等電子波動関数の干渉性の差に基づくインターエレメント結合の特性・反応牲を理論的に明かにし、界面固有の電子状態の化学的成り立ちや原子核運動のダイナミクスも加わる界面の新現象に到るまでを理論的に研究すると共に、新たな機能を有する材料設計のための界面量子化学とでも呼称すべき新しい学問の磯を築くことを目的とした研究を行った。具体的には、(1)p型ド-ピングを施したSi表面、Hで終端されたSi表面、Fで終端されたSi表面およびSiO_2表面上のSiH_4,Si_2 H_6ガスの熱分解、(2)Alの選択的CVD、および(3)極薄SiO_2膜形成過程の量子化学的研究を深化発展させ、加えて(4)F原子やF分子とHで終端されたSi(111)表面、(5)バリアメタルとしてのTiNやTi/Alヘテロ界面の化学結合の詳細やエッチングプロセス、CVDプロセスにおける反応性の解明を系統的に行った。更に、、化学反応牲をより定量的に理解する新たな方法として、我々独自の化学反応の領域密度汎関数理論に必要な計算プログラムの開発を行い、この全く新しい理論的視点から、界面固有の電子状態の化学的成り立ちを理論的に明かにするスタートを切った。