分子ビーム・イオンビーム法による炭化水素分子と固体表面の反応過程の研究

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1.シリコン表面と炭化水素分子との反応を調べる目的で、超高真空分子線装置を用いて実験した。清浄化したシリコン単結晶表面(100)を800℃以上に加熱し、アセチレンビームを照射した。気相に放出される分子は反射アセチレンと水素である。表面に生成した膜は、赤外線吸収、X線回折などからシリコンカーバイドであることが確認された。成長膜厚から求めた反応確率は、入射ビームのフラックスが低い場合はほぼ一定であるが、フラックスが高くなると確率は下がる。生成膜の形態は走査型電子顕微鏡で観測したが、低フラックスでは微結晶粒がモザイク状にエピタキシャル成長しているのに対して、高フラックスでは、クレータ状の無数の欠陥をもつ無定形の膜が生成する。この反応過程では、低フラックスの場合には、表面にシリコン原子が多く存在しており、アセチレン分子の入射数が反応速度をきめているのに対して、高フラックスの場合には、表面は炭素原子で覆われ、シリコン原子が内部から表面へ拡散してくるのが律速になっているとみられる。2.プラズマCVD中には多くの低エネルギーイオンが存在する。これらと基板表面との相互作用は非常に未知の分野である。この問題を調べるために、われわれは低エネルギーイオンビーム装置を作り、実験を行っている。表面にシリコン単結晶を選び、通常の真空下で汚染された状態のところに、ネオンイオンビームを照射した。表面から出た粒子の運動エネルギースペクトルを調べたところ、4つのピークが存在した。これは表面上に存在するH,C,O原子(イオン)が飛び出したものと、Si原子によって散乱されたNeによるものであると解釈される。これらの粒子放出に対する入射ビームエネルギー依存性を調べ、その放出機構について研究した。