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

阐明水溶液中硅单晶表面卤化机理及位点选择性控制

• 批准号: 15750119
• 负责人: 今西 哲士
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15750119/
• 关键词: シリコン; 水素終端化; ハロゲン; ナノクラスター; 溶存酸素; 表面; ヨウ素終端化; Si(111); ハロゲン化; ヨウ化水素酸

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。

在这项研究中，我们详细研究了氢封端的Si(111)表面在HI和HBr水溶液中的卤化反应。首先，我们利用AFM和内部多重反射FT-IR，利用向<1-1-2>和112->方向稍微倾斜的(111)面研究了台阶结构（台阶位置）与卤化反应之间的关系。进行了详细调查。结果发现，与<112->轻微倾斜表面相比，在<1-1-2>轻微倾斜表面上卤素终止反应加速。还发现，<1-1-2>稍微倾斜的表面同样促进伴随Si表面的蚀刻反应的卤化硅的纳米团簇形成反应。 <1-1-2>与其他表面相比，稍微倾斜的表面包含比具有低反应活性的一氢化物位点更多的具有高反应活性的二氢化物位点。因此，该结果意味着卤素终止反应和簇形成反应以卤素离子与二氢化物的反应为主。详细分析的结果发现，在蚀刻二氢化物台阶位点的同时，新出现的台阶位点被卤素封端，并且蚀刻痕迹同时形成纳米团簇。这使得可以解释卤素终止不是从活性台阶位点发生而是仅终止于平台位点。此外，通过观察改变HI和HBr水溶液中溶解氧浓度形成的簇的结果，我们发现只有当溶解氧存在时，卤素终止反应和簇形成反应同时发生，而当不存在溶解氧时，卤素终止反应和簇形成反应同时发生。发现仅发生团簇形成反应。这是一个非常有趣的结果，表明溶解氧引起的氧化反应与卤素终止反应密切相关。

项目成果

Temperature Dependence of Formation of Nano-Rods and Dots of Iodine Compounds on an H-Terminated Si(111) Surface in a Concentrated HI Solution

浓 HI 溶液中 H 封端 Si(111) 表面上碘化合物纳米棒和点的形成的温度依赖性

• 发表时间: 2004
• 期刊: Langmuir 20
• 作者: Akihito Imanishi

水溶液中の反応を利用した水素終端化シリコン表面の分子修飾とナノ構造形成

利用水溶液中的反应对氢封端硅表面进行分子修饰和纳米结构形成

• 发表时间: 2003
• 期刊: 表面 41
• 作者: Akihito Imanishi;今西哲士
• 通讯作者: 今西哲士