[論文レビュー] Nano-Raman spectroscopy of silicon surfaces

P Spizzirri, Jiabing Fang+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2010

Near-Field Optical Microscopy被引用数 33

ひとこと要約

本研究では、近接場増幅ナノラマン分光法を用いて、ナノスケールの空間分解能でシリコンウェハの局所的表面化学をプローブすることを示した。この技術は、Si-H、F-Si-H、およびおそらくはB-O-Siのような表面種の振動モードを効果的に検出できた。表面処理の確認に寄与した一方で、基体のフォノンモードは増幅されず、表面ナノ環境への感受性が顕著に示された。

ABSTRACT

Near-field enhanced, nano-Raman spectroscopy has been successfully used to probe the surface chemistry of silicon prepared using standard wafer cleaning and processing techniques. The results demonstrate the utility of this measurement for probing the local surface chemical nano-environment with very high sensitivity. Enhancements were observed for the vibrational (stretching) modes of Si-H, F-Si-H and possibly also B-O-Si consistent with the surface treatments applied. The nano-probes did not enhance the phononic features of the silicon substrate.

研究の動機と目的

• 高空間分解能ラマン分光法を用いて、シリコンウェハの表面化学的ナノ環境を調査すること。
• 標準的なウェハ洗浄および処理を経た後、ナノラマン分光法が表面付着種を検出する感度を評価すること。
• 近接場増幅が、体積フォノン特徴を変化させることなく、表面振動モードのみを特異的に増幅するかどうかを検証すること。
• この技術が、ナノスケールの精度で局所的表面化学をプローブする能力を有することを検証すること。

提案手法

• サブ回折限界の空間分解能を達成するために、近接場増幅ラマン分光法を用いた。
• 鋭い金属チップを用いて、試料表面における局所的電磁場を増幅した。
• 標準的な洗浄および処理法を施したシリコンウェハからラマンスペクトルを取得した。
• スペクトル解析は、Si-H や F-Si-H などの表面付着種に関連する振動モードの特定に焦点を当てた。
• 体積フォノンモードに増幅が認められないことを利用して、表面特異的信号増幅を確認した。
• 追加の表面標識なしに、大気中で測定を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近接場増幅ナノラマン分光法は、ナノスケールの空間分解能でシリコン表面の化学種を解明できるか？
• RQ2 ナノプローブによって特異的に増幅される表面振動モードは何か？ それらは表面処理状態をどのように示唆するか？
• RQ3 ナノラマン分光法は、シリコン基体のフォノンモードを増幅するのか、それとも表面種に限定的か？
• RQ4 この手法は、Si-H、F-Si-H、B-O-Si といった化学的に異なる表面種をどの程度検出可能か？

主な発見

• Si-H および F-Si-H に対応する振動モードが明確に検出され、水素およびフッ素終末の表面種が存在することが示された。
• B-O-Si 種の存在が観察され、ボロンドープまたはボロン酸化物関連の表面種が存在する可能性が示唆された。
• シリコン基体のフォノンモードに増幅は認められず、技術の表面付着種への選択性が確認された。
• この手法は、ナノスケールでの局所的表面化学的環境に対して高い感受性を示した。
• 結果から、近接場増幅が表面関連の振動モードを特異的に増幅する一方で、体積信号の整合性を保持することが確認された。