遷移金属の新しい低温化学反応エッチングメカニズムの提案

有機分子（プリカーサー）と酸素・アルゴン中性粒子ビームを用いた遷移金属錯体生成による遷移金属エッチングプロセスのメカニズム解明のため、密度汎関数理論に基づく第一原理理論計算を行った。遷移金属としてタンタルを用いた場合、プリカーサーの酸性度とエッチングプロセスにおいて重要な反応と想定されている水素移動反応の活性化エネルギーにはきれいな相関があることがすでに分かっている。そこで、プリカーサーとしてエタノールおよび酢酸を用いた場合について、プリカーサーが吸着したタンタル酸化物表面にアルゴン中性粒子ビームを様々な入射角度及びエネルギーで照射するシミュレーションを行い、水素移動反応の起こりやすさに違いが生じるかどうかを調べた。その結果、より酸性度が高く水素移動反応が起こりやすい酢酸の場合において、より低エネルギーの入射で水素移動反応が起こることが分かった。さらに、入射角度についてもより広い範囲で水素移動反応が起こることが分かった。遷移金属として鉄を用いた場合の検討も行った。酸化鉄表面にプリカーサーが導入され、酸化鉄表面の鉄原子がエッチングされて錯体が形成し揮発する反応のエネルギー（反応熱）を計算した。その結果、プリカーサーとして酢酸を用いた場合は鉄原子1個あたり-2.0eVと大きな負の値（発熱反応）となった。一方、プリカーサーとしてエタノールを用いた場合は鉄原子1個あたり-0.7eVと小さな負の値となり、酢酸の場合よりも反応が起こりにくいと予想される結果となった。これは、酢酸を用いると鉄がエッチングされるがエタノールを用いた場合にはエッチングされないという実験結果と矛盾しない結果と言える。

有機分子（プリカーサー）と酸素・アルゴン中性粒子ビームを用いた遷移金属錯体生成による遷移金属エッチングプロセスのメカニズム解明のため、密度汎関数理論に基づく第一原理理論計算を行った。遷移金属としてタンタルを用いた場合、プリカーサーの酸性度とエッチングプロセスにおいて重要な反応と想定されている水素移動反応の活性化エネルギーにはきれいな相関があることがすでに分かっている。そこで、プリカーサーとしてエタノールおよび酢酸を用いた場合について、プリカーサーが吸着したタンタル酸化物表面にアルゴン中性粒子ビームを様々な入射角度及びエネルギーで照射するシミュレーションを行い、水素移動反応の起こりやすさに違いが生じるかどうかを調べた。その結果、より酸性度が高く水素移動反応が起こりやすい酢酸の場合において、より低エネルギーの入射で水素移動反応が起こることが分かった。さらに、入射角度についてもより広い範囲で水素移動反応が起こることが分かった。遷移金属として鉄を用いた場合の検討も行った。酸化鉄表面にプリカーサーが導入され、酸化鉄表面の鉄原子がエッチングされて錯体が形成し揮発する反応のエネルギー（反応熱）を計算した。その結果、プリカーサーとして酢酸を用いた場合は鉄原子1個あたり-2.0eVと大きな負の値（発熱反応）となった。一方、プリカーサーとしてエタノールを用いた場合は鉄原子1個あたり-0.7eVと小さな負の値となり、酢酸の場合よりも反応が起こりにくいと予想される結果となった。これは、酢酸を用いると鉄がエッチングされるがエタノールを用いた場合にはエッチングされないという実験結果と矛盾しない結果と言える。