水溶液中でのシリコン単結晶表面ハロゲン化メカニズムの解明とサイト選択的制御

本研究では、HIおよびHBr水溶液中における水素終端化Si(111)面のハロゲン化反応について詳しく調べた。まず、<1-1-2>とく112->方向へ微傾斜した(111)面を用いてそのstep構造(stepサイト)とハロゲン化反応との関連性をAFMおよび内部多重反射FT-IR法を用いて詳しく調べた。その結果、<1-1-2>微傾斜面は、<112->微傾斜面に比べると、ハロゲン終端化反応が促進されることが分かった。また、Si表面のエッチング反応を伴うハロゲン化シリコンのナノクラスター形成反応においても同様に<1-1-2>微傾斜面の方が促進されることが分かった。<1-1-2>微傾斜面は、もう一方の面に比べると、反応活性の低いmono-hydrideサイトよりも反応活性が高いdi-hydrideサイトを多く含む。よって、この結果は、ハロゲン終端化反応および、クラスター形成反応が、ハロゲンイオンによるdi-hydirideとの反応に支配されていることを意味している。詳しい解析の結果、di-hydride stepサイトがエッチングされると同時に、新たに現れたterraceサイトがハロゲン終端化され、またエッチング痕が同時にナノクラスターを形成することが分かった。これによって、ハロゲン終端化が活性であるstepサイトから起きずに、terraceサイトのみを終端していくことも説明出来るようになった。また、HIやHBr水溶液中の溶存酸素濃度を変化させて、形成されるクラスターの観察を行った結果、溶存酸素がある時のみ、ハロゲン終端化反応とクラスター形成反応が同時に起こり、溶存酸素がないとクラスター形成反応のみが進行することが分かった。これは、溶存酸素による酸化反応が、ハロゲン終端化反応と密接に関係していることを示しており、非常に興味深い結果となった。

本研究では、HIおよびHBr水溶液中における水素終端化Si(111)面のハロゲン化反応について詳しく調べた。まず、<1-1-2>とく112->方向へ微傾斜した(111)面を用いてそのstep構造(stepサイト)とハロゲン化反応との関連性をAFMおよび内部多重反射FT-IR法を用いて詳しく調べた。その結果、<1-1-2>微傾斜面は、<112->微傾斜面に比べると、ハロゲン終端化反応が促進されることが分かった。また、Si表面のエッチング反応を伴うハロゲン化シリコンのナノクラスター形成反応においても同様に<1-1-2>微傾斜面の方が促進されることが分かった。<1-1-2>微傾斜面は、もう一方の面に比べると、反応活性の低いmono-hydrideサイトよりも反応活性が高いdi-hydrideサイトを多く含む。よって、この結果は、ハロゲン終端化反応および、クラスター形成反応が、ハロゲンイオンによるdi-hydirideとの反応に支配されていることを意味している。詳しい解析の結果、di-hydride stepサイトがエッチングされると同時に、新たに現れたterraceサイトがハロゲン終端化され、またエッチング痕が同時にナノクラスターを形成することが分かった。これによって、ハロゲン終端化が活性であるstepサイトから起きずに、terraceサイトのみを終端していくことも説明出来るようになった。また、HIやHBr水溶液中の溶存酸素濃度を変化させて、形成されるクラスターの観察を行った結果、溶存酸素がある時のみ、ハロゲン終端化反応とクラスター形成反応が同時に起こり、溶存酸素がないとクラスター形成反応のみが進行することが分かった。これは、溶存酸素による酸化反応が、ハロゲン終端化反応と密接に関係していることを示しており、非常に興味深い結果となった。