超音速分子線を用いた半導体表面反応ダイナミックスの分子論的解明

Si表面上にGaAs単結晶を成長させる時に現れる重要な反応は,吸着したGa金属原子とAs_2非金属ガス分子の反応である。本研究では,この様な反応を相定し,まず吸着アルカリ金属原子とNO分子の反応の研究を行った。実験上の特徴は,入射NO分子のエネルギ-が完全に揃った,いわゆる超音速分子線を発生させ,それを良くキャラクタライズされたSi表面上に衝突させ,散乱NO分子と吸着原子を同時測定したことにある。この手法により,表面吸着反応のダイナミカナルな測面を浮きぼりにして,表面反応機構を解明する。この一年間の研究で次の様な成果を得るに至った。(1).オ-ジェ電子分光(AES)測定により,K及びCsの被覆率Θ_Mの函数として,NOの吸着確率Sを求めた。SはΘ_Mに対してほぼ線形に増大した。又,SはNOの吸着が進行するにつれて,ほぼ指数函数的に減少し,やがて零となった。これら一連の事実は,KやCsの吸着子とNO分子が局所的に反応していることを示している。(2) レ-ザ-分光法(REMPI)により,散乱してくるNO分子の挙動につき調べた。散乱成分としては,吸着脱離散乱と直接非弾性散乱成分とがある。NOの入射エネルギ-が0.30eV以上では,現在の系では,直接非弾性散乱が支配的である。即ち,散乱は表面との1回衝突のうちに生ずる。アルカリ吸着Si(100)表面にNOビ-ムを導入すると反応の初期に散乱は殆んど観測されなかった。これは,すべてのNO分子が表面吸着を起こしていることを示しているが,その反応は,前記(1)の結果と組み合わせると,アルカリ吸着子と1回の衝突過程の内に発生していると結論される。(3) 表面吸着は,吸着アルカリ原子から入射NO分子への電子移動が最初のアクションとして大事である。

Si表面上にGaAs単結晶を成長させる時に現れる重要な反応は,吸着したGa金属原子とAs_2非金属ガス分子の反応である。本研究では,この様な反応を相定し,まず吸着アルカリ金属原子とNO分子の反応の研究を行った。実験上の特徴は,入射NO分子のエネルギ-が完全に揃った,いわゆる超音速分子線を発生させ,それを良くキャラクタライズされたSi表面上に衝突させ,散乱NO分子と吸着原子を同時測定したことにある。この手法により,表面吸着反応のダイナミカナルな測面を浮きぼりにして,表面反応機構を解明する。この一年間の研究で次の様な成果を得るに至った。(1).オ-ジェ電子分光(AES)測定により,K及びCsの被覆率Θ_Mの函数として,NOの吸着確率Sを求めた。SはΘ_Mに対してほぼ線形に増大した。又,SはNOの吸着が進行するにつれて,ほぼ指数函数的に減少し,やがて零となった。これら一連の事実は,KやCsの吸着子とNO分子が局所的に反応していることを示している。(2) レ-ザ-分光法(REMPI)により,散乱してくるNO分子の挙動につき調べた。散乱成分としては,吸着脱離散乱と直接非弾性散乱成分とがある。NOの入射エネルギ-が0.30eV以上では,現在の系では,直接非弾性散乱が支配的である。即ち,散乱は表面との1回衝突のうちに生ずる。アルカリ吸着Si(100)表面にNOビ-ムを導入すると反応の初期に散乱は殆んど観測されなかった。これは,すべてのNO分子が表面吸着を起こしていることを示しているが,その反応は,前記(1)の結果と組み合わせると,アルカリ吸着子と1回の衝突過程の内に発生していると結論される。(3) 表面吸着は,吸着アルカリ原子から入射NO分子への電子移動が最初のアクションとして大事である。