チャンネリング-ブロッキング法による金属-半導体界面の原子的構造の精密決定

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金属-半導体接合界面の原子的構造を明らかにするため、AuおよびAgとSi(111)面との接合をとりあげた。まず、単結晶Siの劈開によりSi(111)2×1清浄表面を起高真空(約【10^(-10)】Torr)中でつくった。その表面にAu(またはAg)を0.1原子層から数10原子層まで少量ずつ蒸着し、Au(またはAg)-Si(111)系での界面形成機構の解明を試みた。その結果、Au-Si(111)2×1系の場合には、Au原子は初期吸着段階(1原子層またはそれ以下の吸着)ではSi(111)表面原子と非金属的な化学結合をしていることが明らかとなった。また、それ以上の被覆率では、Au-Si間の化学結合状能が変化し、表面にAuとSiとの合金層の形成されることが明らかとなった。この変化とともに、表面の原子配列は、Si(111)2×1基板上へのAu原子の不規則な分布の状態から、AuとSiとの合金化によるアモルファス層の形成へと変化することが明らかにされた。一方、Ag-Si(111)2×1系の場合には、その初期段階から(約1原子層以上)AgはSi(111)2×1表面上に島状に成長してゆくことが明らかとなった。しかも、AgとSi基板の間には合金化学反応を示すような現象、たとえば原子の相互拡散など、は観測されなかった。AuとAgはいずれも貴金属に分類される金属であり、このような差の現れることは興味深い。これまで、金属-半導体接合での界面合金化を説明するモデルとして、スクリーニングモデルが提案されていたが、このモデルではAuとAgとの相違を説明できない。われわれは今回の研究成果をもとに、新しく「化学結合モデル」を提案した。それは、金属-半導体接合での界面合金化には、金属原子とSi原子との間に化学結合の存在することが不可欠とするものである。