X線回折・散乱による半導体表面上低次元金属の相転移研究

使用 X 射线衍射和散射研究半导体表面低维金属的相变

基本信息

批准号：
17740206
负责人：
田尻寛男
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Japan Synchrotron Radiation Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17740206/
关键词：
半導体表面 X線回折・散乱放射光表面相転移低次元金属

项目摘要

本研究では次の二点を行った。1.従来の表面X線回析法に比べ測定効率が高い透過X線回析法の確立と表面X線回析装置の準備。2.X線回析・散乱の温度依存性測定によるSi(111)-【square root】3×【square root】3-Agの表面相転移に伴う構造変化の追跡。1について、表面相転移由来のX線回析・散乱は微弱であるため、バックグラウンドを低減させるX線遮蔽機構を表面X線回析装置に組み込んだ。直接通電による試料加熱機構と液体窒素冷却装置の組み合わせにより、試料温度を120Kから1400Kまで調製できる透過X線回析用試料マニピュレータを整備した。透過X線回析実験で不可欠である、結晶内部由来の熱散漫散乱を低減するための基板試料の薄膜化技術を確立した。数ミクロン厚の基板を化学エッチングにより作製することができる。以上の整備により、Si(111)- 【square root】3×【square root】3-Agの長周期構造由来の透過X線回析パターンを精度よく測定できた。2について、変位型表面相転移を起こすと考えられるSi(111)- 【square root】3×【square root】3-Agについて、相転移温度(150K)近傍での透過X線回析・散乱パターンの温度依存性を測定した。透過X線回析実験は、大型放射光施設SPring-8の表面界面構造解析ビームラインBL13XUぶ設置された表面X線回析装置を用いて行った。相転移温度近傍で表面フォノンのソフト化による表面X線熱散漫散乱のエンハンスを期待したが、明瞭な散漫散乱パターンは得られなかった。より信号対ノイズ比の高い測定が可能な回析装置の整備が必要であると結論した。この表面相転移の転移点付近での構造変化を追跡するため、表面X線回析強度(分数次反射)の温度依存性について、非調和熱振動を取り入れた精密構造解析を進めている。

本研究进行了以下两点。 1.建立比常规表面X射线衍射方法具有更高测量效率的透射X射线衍射方法，并制备表面X射线衍射设备。 2. 通过测量 X 射线衍射和散射的温度依赖性来跟踪与 Si(111)-[平方根]3×[平方根]3-Ag 表面相变相关的结构变化。关于1，由于源自表面相变的X射线衍射和散射较弱，因此在表面X射线衍射装置中引入了减少背景的X射线屏蔽机构。我们开发了一种用于透射X射线衍射的样品操纵器，通过结合使用直流电的样品加热机构和液氮冷却装置，可以将样品温度从120K调整到1400K。我们已经建立了一种基底样品减薄技术，以减少晶体内部产生的热漫散射，这对于透射 X 射线衍射实验至关重要。可以通过化学蚀刻来制造几微米厚的基板。通过上述准备工作，我们能够准确测量源自Si(111)-[平方根]3×[平方根]3-Ag长周期结构的透射X射线衍射图。 2、Si(111)-[平方根]3×[平方根]3-Ag在相变温度(150K)附近的透射X射线衍射和散射图，被认为引起位移型表面相变测量了的温度依赖性。利用安装在大型同步辐射装置SPring-8的表面和界面结构分析光束线BL13XU上的表面X射线衍射装置进行了透射X射线衍射实验。我们预计通过在相变温度附近软化表面声子来增强表面 X 射线热漫散射，但没有获得清晰的漫散射图案。结论是有必要开发一种能够以更高信噪比进行测量的衍射装置。为了跟踪该表面相变转变点附近的结构变化，我们通过结合非简谐热振动，对表面 X 射线衍射强度（分数阶反射）的温度依赖性进行精确的结构分析。