レーザ照射下イオンスパッタリング過程,電子-正孔プラズマの役割

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イオンスパッタリングの原子過程に電子的励起状態の寄与が指適されている。本研究の目的は半導体表面からのスパッタリング過程に対して、高密度電子・正孔プラズマが果す役割を解明することである。我々は、レーザーとイオンビームの同時照射により、制御された電子正孔プラズマ下でのイオンスパッタリングを行い、スパッタ2次イオンや中性原子の収量を正確に測定する。本年度は、レーザーとイオンビームの同時照射が行え、かつ、四重極質量分析計が真空槽内で回転でき角度分解飛行時間分布の測定できる装置の製作を行った。装置の構成は、(1) 400mmφの超高真空チャンバーに回転テーブルを搭載し、四重極質量分析計を固定する、(2) イオンビームは加速電圧がOVから4KVまでの可変型、ビーム径は0.5【mm^2】程度である、(3) オージェ電子分光が行える、(4) 真空排気は、液体チッソトラップと油拡散ポンプ及び、チタンサブリメーションポンプにより行い【10^(-11)】Torr台を目指す、から成り立っている。現在、装置の部品は全て出来ており、四重極質量分析計の電波配線、オージェ装置の調整、イオンビームの調整を行っている。装置の立ち上げと同時に、現在稼動中のレーザースパッタリングの装置を用いて、純粋に電子・正孔プラズマ状態からのスパッター過程の研究を行った。GaP,GaAs,GaN等の化合物半導体に於いて、高密度電子・正孔プラズマ下では、非金属原子の二量化が、固相一気相間の相転移を誘起し、脱離が生ずることが判明してきた。又、放出される粒子は極角θを変化させたとき、収量や運動エネルギー、速度分布等に著しく大きな変化を来した。これらは、脱離時の粒子間相互作用、表面との相互作用を反映していると理解された。