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作成： 2000/01/25 佐々木 貞吉
データ番号 ：180021
深い内殻の放射光光電子分光
目的 ：軟X線放射光を励起源とする深い内殻の光電子分光とその応用
研究実施機関名 ：研究実施機関名：日本原子力研究所先端基礎研究センター、東大・工、鋼管計測(株)
応用分野 ：化学状態分析、界面電子状態解析、表面物性解析、半導体表面分析、原子・分子内殻分光
概要 ：
従来法に比べ高い光子エネルギー(hν)を励起源とする光電子分光法には、二つの大きな特徴がある。1)光電子の運動エネルギーが大きくなるため、物質のバルクの化学状態に関する知見が得られる。2)内殻-内殻遷移を通して起こるオージェ共鳴ラマン散乱から、界面層の電子状態に関する知見が得られる。 いずれの場合も、固体物質の化学状態、電子状態について、非破壊分析を可能にする特長を有する。
詳細説明 ：
固体物質の化学状態を非破壊分析する手法として、X 線光電子分光法(XPS)が広く利用されている。従来の XPS は、固体表面層 1 nm 程度までの表面分析法である。光電子発生の励起源として 1.25 keV Mg Kα線を用いるためである。一方、Mg Kα線に代えて 5 keV 程度の放射光を用いると、光電子の運動エネルギーが大きくなり物質内部の化学状態を探ることが可能となる。
図1 Si1s-XPS Spectra of Oxidized Si (300℃,15 min) by 2000-5300 eV Photons.（原論文1より引用。 Reproduced from Surface Science 1996; 349, L133〜L137, Fig.1(p.L134), H.Yamamoto, Y.Baba, and T.A.Sasaki, Application of high-energy synchrotron-radiation XPS to determine the thickness of SiO2 thin films on Si(100), Copyright(1996), with permission from Elsevier Science. ）
図1は空気中において 300℃、15分間加熱したSi結晶の Si 1s-XPSスペクトルである。hνを 2000 eV(光電子の運動エネルギーは 170 eV)から 5300 eV(光電子の運動エネルギーは 3470 eV)まで変え、ピークA(Si単体)、B(SiO2)の強度変化を見ると試料表面の 90% は SiO2 に変化したことがわかる。A、Bの強度比の変化から、SiO2 の膜厚は約 0.9 nm と見積られた。加熱条件を変化させると、任意の SiO2 膜厚を形成することが可能となる。
図2 Photon Energy Dependence of Sr-LMM Auger Electron Spectra for SrF2 Crystal at Photon Energy around the Sr2p Threshold (Ith).（原論文2より引用）
埋もれた界面の電子状態を解析する手法として、深い内殻の共鳴励起に伴うオージェ共鳴ラマン散乱の利用が有望視される。図2は、SrF2 結晶の Sr 2p(L)電子を3d(M)非占軌道へ共鳴励起したとき観測される光電子スペクトルで、そのhν依存性を調べた結果である。ピークは全てオ-ジェ電子によるもので、通常のオージェ電子ピーク(ノーマル・オージェ)の他、1942-1949 eV のhνでは共鳴励起に起因するスペクテータ・オージェ電子ピークが認められる。スペクテ-タ・オージェ電子のエネルギーがhνとともにエネルギーシフトを起こすのは、共鳴ラマン散乱過程で電子放出されることによる。種々の物質についてシフトエネルギーが計測され,その大きさは物質の電子状態(非占軌道)と密接に関連し,伝導体、半導体、絶縁体の順に大きくなることが明らかにされた。この原理はイオン注入層など、埋もれた界面の電子状態解析に応用されており、新しい表面・界面分析法として注目される。
コメント ：
電子デバイスのマイクロ化、高集積密度化に伴い、ナノスケール領域についての非破壊分析、その場分析がますます重要となっている。 数 keV 光電子の検出深さは数 nm になる、内殻共鳴特有のオージェ共鳴ラマン散乱では、シフトエネルギーが伝導性の度合いに依存するなどの事実は、埋もれた界面の化学状態や電子状態を非破壊分析するための新しい手法となり得る。
原論文１ Data source 1：
APPLICATION OF HIGH-ENERGY SYNCHROTRON-RADIATION XPS TO DETERMINE THE THICKNESS OF SiO2 THIN FILMS ON Si(100)
H. Yamamoto, Y. Baba, and T. A. Sasaki
Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Research Institute, Tokai-mura, Ibaraki-ken 319-11, JAPAN
Surface Science, 349, L133(1996)
原論文２ Data source 2：
AUGER RESONANT RAMAN SCATTERING IN STRONTIUM COMPOUNDS
T. A. Sasaki, Y. Baba, K. Yoshii, and H. Yamamoto
Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Research Institute, Tokai-mura, Ibaraki-ken 319-11, JAPAN
Journal of The Surface Science Society of Japan, 17, 370(1996)
原論文３ Data source 3：
RESONANT AUGER ELECTRON SPECTROSCOPY FOR ANALYSIS OF THE CHEMICAL STATE OF PHOSPHORUS SEGREGATED AT SiO2/Si INTERFACES
Y. Sato, M. Oshima, Y. Yoshimura, K. Ono, H. Fujioka, K. Yoshii*, T.A. Sasaki*, and Y. Baba*
Fuculty of Engineering, The Universty of Tokyo, Tokyo 113-8656, JAPAN. *Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Research Institute, Tokai-mura, Ibaraki-ken 319-11, JAPAN
Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 88-91, 603 (1998)
キーワード：放射光、X線光電子分光、内殻分光、共鳴ラマン散乱、表面界面分析、半導体表面
Synchrotron radiations, X-ray photoelectron spectroscopy, Core-orbital spectroscopy, Resonant Raman scattering, Surface-interface analysis, Semiconductor surface
分類コード：180203, 180205
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