反射型高速電子線回折法による動的表面構造変化のその場観察

利用反射型高速电子衍射原位观察动态表面结构变化

• 批准号: 01J04098
• 负责人: 深谷 有喜
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Yokohama City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J04098/
• 关键词: 半導体表面構造; 反射型高速電子線回折; 表面界面ダイナミクス

本研究では、結晶表面における原子・分子の動的構造変化過程を原子レベルで調べることを目的としている。前年度までに、表面構造に非常に敏感な反射型高速電子線回折強度の視射角依存性(RHEEDロッキングカーブ)の高速測定システムの構築を行なった。本システムでは、視射角6°までのRHEEDパターンの重ね焼きから、RHEEDロッキングカーブを得る手法(擬似1次元収束ビーム法)を採っており、この手法を用いることにより、300msの時間オーダーの動的過程を捉えることが可能になった。この成果は、現在学術雑誌(Surface Science誌)において印刷中である。本年度は、Si結晶表面上における異種原子(Ge)の内部拡散過程を調べるために、初めに基板として用いるSi(001)表面の表面構造の温度依存性を調べた。Si(001)の表面原子は、表面エネルギーを下げるためにダイマー(二量体)を形成しており、さらに表面平行方向から数度傾いた非対称ダイマー構造を形成していることがすでに分かっている。そのダイマー構造は200K(-73℃)でダイマー原子の熱的なフリップ・フロップ運動により、秩序・無秩序相転移を起こすことが知られている。このように、室温以下の温度領域では、様々な実験手法を用いてその詳細な表面構造変化が研究されているが、結晶成長時に用いられるような室温以上の高温領域では、その表面構造が必ずしも完全には解明されてはいなかった。我々は高温領域におけるSi(001)表面からのRHEEDロッキングカーブの測定を行ない、動力学的回折理論による解析の結果、Si(001)表面上のダイマー原子が、600℃で非対称的なダイマー構造から、(表面に平行な)対称ダイマー構造への変位型相転移を起こすことを初めて見出した。この成果は、現在学術雑誌に投稿中である。

In this paper, the structural transformation process of atomic and molecular dynamics on the surface of crystals is studied. In the past year, the construction of high-speed measurement system for the dependence of reflection intensity of high-speed electron rays on the surface structure was very sensitive. This method can be used to detect the process of motion within 300ms of time. The results of this study are now published in Surface Science. This year, the temperature dependence of the surface structure of Si(001) was modulated by the internal dispersion process of Ge atoms on the Si crystal surface. Si(001) surface atoms are formed in parallel with the surface in a number of degrees of non-symmetry. The structure of the atom is 200K(-73℃). The atom is hot. The movement is orderly. The phase shift is disorderly. In the temperature range below room temperature, the surface structure of the crystal must be completely clarified when the crystal grows. We have carried out the measurement of RHEED structure on Si(001) surface at high temperature, analyzed the results of kinetic back-folding theory, and discovered the phase shift of asymmetric structure on Si(001) surface at 600℃. The results are now published in the journal.

项目成果

Y.Fukaya, Y.Shigeta: "Study on high-temperature phases of Si(111) surface with RHEED"Journal Vacuum Society of Japan. 45. 585-589 (2002)

Y.Fukaya、Y.Shigeta：“利用 RHEED 对 Si(111) 表面的高温相进行研究”日本真空学会杂志。

Y.Fukaya, Y.Shigeta: "Precursor to surface melting of Si(111) surface"Physical Review B. 65. 195415(8) (2002)

Y.Fukaya、Y.Shigeta：“Si(111) 表面表面熔化的前体”物理评论 B.65. 195415(8) (2002)

Y.Fukaya, Y.Shigeta: "Fast measurement of rocking curve of reflection high-energy electron diffraction using quasi-1D convergent beam"Surface Science. (in press). (2003)

Y.Fukaya，Y.Shigeta：“使用准一维会聚光束快速测量反射高能电子衍射摇摆曲线”表面科学。