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超純水のみによる電気化学的加工法の研究--水素終端化されていないSi(001)表面原子とOHとの反応素過程

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摘要

超純水中のOHによる加工現象の反応素過程を解明することを目的として,H_2O分子やOHと相互作用する水素終端化されていないシリコン単結晶(001)表面の電子状態や原子配置を,第一原理分子動力学シミュレーションによって解析した。 結果をまとめると以下のようである。 (1)Si(001)表面がH_2O分子に覆われている場合,OHが上方より接近すると,H_2OからOHへHが受け渡されることによって,OHが下方に移動し,OHはSi(001)表面原子と反応することができる。(2)Si(001)表面に形成された2 × 1ダイマー構造は,ダイマーのダングリングボンドにOHが結合することによって破壊され,1 × 1構造に戻る。(3)2個のOHによって,1 × 1構造のSi(001)表面原子のダングリングボンドを終端し,さらに1個のOHが作用することによって,Si表面原子の2本のバックボンドのうちの1本が切断される。 (4)4個のOHが1個のSi表面原子に結合してSi(OH)_4分子を形成するよりも,隣接するSi表面原子をOH終端化する方が安定な構造であるため,Si表面原子はSi(OH)_4分子として除去加工されない。 (5)既報の結果と今回の結果より,Si表面原子を水素終端化しながらOHを作用させれば,効率的に除去加工できるものと予測した。 そのような反応が実現されるプロセスについては,今後の研究課題としたい。

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