超音速分子ビ-ムによる光励起反応の制御と原子層エピタキシャル成長メカニズムの研究

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本研究は3年計画で、超音速パルス分子ビ-ムの光励起による膜形成前駆物質の制御および前駆物質と基板表面の相互作用、薄膜形成初期過程、特に原子層エピタキシ-のメカニズム解明を目指している。我々は、SiH_2(GeH_2)ラジカルを前駆物質とするSi(Ge)薄膜のlayer by layer成長モデルを提案しており、本研究の主な目的のひとつは、この理論モデルの実験的検証にある。今年度は、SiH_4のパルス分子ビ-ムをエキシマ-レ-ザ-(F_2:波長157nm,ArF:193nm,KrF:248nm)により励起し、SiH_2の選択生成を目標として実験装置を構築した。実験装置はタ-ボ分子ポンプとロ-タリ-ポンプからなる複合ポンプ(大阪真空製)を排気系とする真空溶器(背圧〜10^<ー9> Torr)とJordan社製超音速分子線バルブを基本構成要素としている。純度99.9999%のSiH_4ガスを60μsのパルス分子ビ-ムとして真空容器中に導入し、この分子ビ-ムと直交する方向に分子ビ-ムパルスと同期してエキシマ-レ-ザ-を照射しSiH_4を励起する。(エキシマ-レ-ザ-は平成3年3月末に導入の予定)光分解生成物の同定には、四重極質量分析計を用い、イオン電流の検出は二次電子増倍管により行なわれている。さらに、繰り返し測定を行なうことにより、測定の高感度化をはかるとともに時間分解測定も可能にしている。この目的のために、ディジタルメモリ-を用いて四重極質量分析計の信号処理をおこなっている。これら実験装置の機能に関しては、N_2ガスによるパルス分子ビ-ムを用いて確認済みである。以上の実験とともに我々は、Dr.N.Kosugiにより開発されたab initio分子計算プログラムGSCF 3(東京大学大型計算機センタ-)を利用してSiH_4の励起状態ポテンシャル曲面の計算も行なっており、二つの分解過程(SiH_4→SiH_2+H_2,SiH_4→SiH_3+H)に対応するポテンシャル曲面を検討した。