放射光を用いたin-situ XPS による極薄GeO_2 表面の吸着水の観測

摘要

ゲルマニウム（Ge）は、電子·正孔共にシリコン（Si）よりも高い移動度を持つため、次世代トランジスタのチャネル材料として期待されている。ここで、Ge の酸化物であるGeO_2 は、Ge 系トランジスタを作製する上で鍵となる材料であり、GeO_2/Ge 界面が優れた電気的性質を有するとの報告もある。しかし、Si の酸化物であるSiO_2 とは異なり、GeO_2 は水溶性という特異な性質を有している。これは、水蒸気を有する大気に暴露することにより、GeO_2 の膜質が変化する可能性を示唆している。これまでにも、熱脱離分析法や二次イオン質量分析法、C-V 測定法により、大気暴露を経たGeO_2 の構造変化や不純物の混入による調査が行われているが、水蒸気/GeO_2 間の気固界面反応に関するより詳細な理解が望まれている。一般に、固体表面上には気相雰囲気中の湿度に応じて異なる厚さの吸着水が形成される。大気に暴露されたGeO_2 表面は、湿度に依存した吸着水を取り込み、これらの吸着水がGeO_2 の膜質に影響を与えると考えるのが自然である。したがって、各湿度においてGeO_2 表面上に吸着する水の厚さを調査することは、気（水蒸気を含有する気相）／固（GeO_2）界面反応を理解するための第一段階として極めて重要である。本研究では、相対湿度（Relative Humidity: RH）を制御した条件下において、放射光を用いてX 線光電子分光測定（X-ray photoelectron spectroscopy: XPS）を行った。そして、得られたXPS スペクトルを解析し、極薄GeO_2 表面の濡れ性を調査した。