固液界面の電気二重層のX線光電子分光法による観測

X射线光电子能谱观察固液界面双电层

• 批准号: 09874142
• 负责人: 小林 光
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09874142/
• 关键词: X線光電子分光法; 四塩化炭素; アセトニトリル; 液体; 終状態安定化; シリコン; 界面準位; MOS

1. 固体薄膜と基板の間に四塩化炭素、アセトニトリルなどの蒸気圧の高い液体を閉じ込め、これらの液体のx線光電子スペクトルを観測した。基板として金とシリコンを用いた。これらの基板を超高真空中で77Kに冷却し、西塩化炭素またはアセトニトリルの蒸気を露出しその上にイオンクラスタービーム蒸着法で金を蒸着し、その後室温まで昇温した。高分解能走査電子鏡写真の観測から、金は直径約60nmの半球状の形状で基板上に存在することがわかった。四塩化炭素を固体内に閉じ込めた場合、Cl_8とCl2pピークの強度比からその原子数比は約1:4となりCCl_4の状態で存在することが分った。金薄膜を堆積した後で四塩化炭素を露出した試料ではCl2pピークは観測されず、前述したCl2pピークは化学吸着によるものではなく、金薄膜と基板の間に閉じ込められた四塩化炭素液体であることが確認できた。また、液体の厚さは約4nmと計算された。約1nmのSiO_2膜が存在するシリコン基板を用いた場合、金基板を用いた場含に比較して四塩化炭素に起因するすべてのXPSピークは約0.5eV高エネルギー側に観測された。ﾟこれは、光電子放出に伴い生成するホールがSiO_2膜の存在によりシリコン基板に移動することが妨害されたためにチャージングが起こった結果と結論した。2. 金属-酸化物-半導体(MOS)構造は上記の試料の液体部分を酸化膜に置き換えた構造をもっている。<白金/SiO_2/Si>MOS構造のSiO_2/Si界面に存在するSiのバンドギャップ内の界面準位のエネルギー分布を我々が開発した新しい方法“バイアス電圧印加時のXPS測定"によって観測した。シリコンをKCN水溶液に浸しその後沸騰水で洗浄するシアン処理によって界面準位密度が大幅に低減することを見出した。界面準位密度が低減する原因を、シリコンダングリングボンドにCN^-イオンが選択的に結合してSi-CN結合を形成するためであると結論した。また、Si-CN結合は可視・紫外光照射に対して安定であることを見出した。

1. Solid thin films and substrates are characterized by high temperature and high vapor pressure. The first step is to make sure The substrate was cooled at 77K in ultra-high vacuum, and the carbon was evaporated at room temperature. High resolution electron mirror photo detection, gold plate diameter of about 60nm hemispherical shape, there is a small amount of metal on the substrate. The atomic ratio of Cl_8 to Cl_2p is about 1:4 and the state of CCl_4 is about 1:4. The gold thin film was deposited on the surface of the substrate, and the tetrahedral carbon was detected. The thickness of the liquid is calculated at about 4nm. When SiO_2 film of about 1nm is present in the substrate, the field of gold substrate is relatively high, and the XPS film is about 0.5 eV high. The results show that: 2. Metal-acid-semiconductor (MOS) structure is characterized by the presence of an acid film on the liquid portion of the sample. A new method of XPS measurement of SiO_2/Si interface in Pt/SiO_2/Si MOS structure was developed. After immersion in KCN aqueous solution, the interface quasi-density is greatly reduced. The reason for the decrease of interface level density is that the Si-CN bond is formed by the combination of Si-CN bonds. Si-CN combination visible and ultraviolet irradiation

项目成果

Y.Yamashita: "Effect of interface roughress on the density of interface states at ultrathin oxide/Si interface:XPS measurements under biases" Applied Surface Science. 117/118. 176-180 (1997)

Y.Yamashita：“界面粗糙度对超薄氧化物/Si 界面界面态密度的影响：偏置下的 XPS 测量”应用表面科学。

H.Kobayashi: "Studies on interface states at ultrathin. SiO_2/Si(100)interfaces by means of x-ray photoelectron spectroscopy under biases and their passivation by cyanide" Journal of Applied Physics. 83(4). 2098-2103 (1998)

H.Kobayashi：“通过偏压下的 X 射线光电子能谱研究超薄 SiO_2/Si(100) 界面的界面态及其氰化物钝化”应用物理学杂志。

Y.Nishioka: "Ultrathin MOS gate insulators:surface preparation,growth,and interface control" Silicon Nitride and Silicon Dioxide thin Insulating. 97-10. 347-362 (1997)

Y.Nishioka：“超薄 MOS 栅极绝缘体：表面处理、生长和界面控制”氮化硅和二氧化硅薄绝缘体。

H. Kobayashi: "Deperdence of Interface State Spactra for Ultrathin SiO_2/Si Interfaces on the Oxide atominc, density determined from FT-IR measuremonts" Surface Science. 印刷中. (1999)

H. Kobayashi：“超薄 SiO_2/Si 界面的界面态 Spactra 对氧化物原子的依赖性，通过 FT-IR 测量确定的密度”，《表面科学》出版。

H.Kobayashi: "New Method for observation of interface states in the semiconductor band-gap:XPS measurements under biases" Science Report of RITU. A44. 201-206 (1997)

H.Kobayashi：“观察半导体带隙界面态的新方法：偏压下的 XPS 测量”RITU 科学报告。