光照射による溶液中のシリコン表面の原子レベルでの構造変化

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ある条件下で[112]方向にわずかに傾斜したSi(111)に溶液処理を施すと、完全ではないが直線的なステップが見られるようになり、ダイハイドライドステップの形成が起こりやすくなることがわかった。その条件について結論のみを記すと、1)シリコン基板がp型であること、2)フッ化アンモニウム濃度が高いこと(40%程度)、3)溶液のpHは7から8程度の範囲であること、4)溶液が溶存酸素を含んでいること。上記の結果から、最もダイハイドライドステップの現れやすい条件を選び、その条件での処理中に白色光の照射を行った。すると、暗所での処理では直線的なダイハイドライドステップ上にモノハイドライドステップで構成された三角形の突起が見られるが、0.2mW/cm^2程度の白色光を照射するとモノハイドライドステップが減少して直線的なダイハイドライドステップがさらに成長することがわかった。また、それより強い光を照射するとかえって表面構造が乱れてくる。なお、n型シリコンについては、光照射を行なってもダイハイドライドステップが観測されない。p型シリコンにおいては光照射により、溶解速度が促進されることが見出された。また、光照射によりその開回路電位が正にシフトすることも見出された。これらの結果より、光照射下では表面の正孔濃度が増大することによりダイハイドライドステップの形成が促進されると結論された。なお、光強度がさらに強くなると、正孔によりテラス部分も攻撃されて、結果的に表面が荒れるものと考えられる。