Study of hydrogen drived exchange reaction on Cl adsorbed Si(111) surfaces by XPS

Abstract

The extraction reaction on chlorine adsorbed silicon (111) surfaces with atomic hydrogen gas have been studied. The purpose of this study is to make clear the global processes of such chemical reaction. Atomic hydrogen is a promising reactant for surface reaction due to its excess potential energy. The photoemission spectra from the Si-2p core level and around Fermi level were taken at the BL (Beamline)-2 with 130 eV and 80 eV photon energy, respectively. The photoelectron spectra from clean, chlorine adsorbed Si(111) surface indicated that peak assigned for poly- (di- and tri-) chlorides disappear by atomic H dose. The spectra from mono-chloride surface near Fermi level before and after H dose were shown that the peak assigned from chlorine-3s decrease after atomic hydrogen exposure. It is considered that this H-dosed Cl/Si(111) surface is hydrogen-adsorbed surface, because a shape of spectra around Fermi level is rather resemble to the spectra of hydrogen-terminated silicon (111) surfaces. These results indicate that chlorine-adsorbed silicon (111) surface is etched by atomic gas. The rest-atom structure surface is considered as a surface adsorbed mono-hydride.

原子状水素ガスによる塩素吸着シリコン(111)表面における抽出反応を研究した。本研究の目的は、この様な化学反応の包括的プロセスを明らかにすることである。原子状水素は、その過剰ポテンシャルエネルギーにより表面反応における有望な反応物質である。Si-2pコア準位およびフェルミ準位近傍からの光電子放出スペクトルは、それぞれ130eVと80eVの光子エネルギーにおいて、ビームライン(BL)2で観測した。清浄な塩素吸着Si(111)表面からの光電子スペクトルは、ポリ(ジおよびトリ)-塩化物のピークが原子状水素添加により消滅することを示した。水素添加前後における単塩化物表面からのフェルミ準位近傍のスペクトルは、塩素-3sのピークが原子状水素添加後に消滅することを示した。フェルミ準位近傍のスペクトル形状が水素終端シリコン(111)表面のスペクトルにかなり似ていることから、この水素添加Cl/Si(111)表面は水素吸着表面であると考えられる。この結果は塩素吸着Si(111)表面が原子状ガスにより腐食されることを示している。残留原子構造の表面は、表面に吸着した単水素化物と考えられる。