ブックタイトル日本結晶学会誌Vol61No1

概要

日本結晶学会誌Vol61No1

寺内正己図3（a）Siウエハから測定したL 2,3発光スペクトル．スペクトル強度分布の右端（矢印）は，価電子帯上端に対応．（b）第一原理計算（WIEN2k）で得たSi-Siの結合電子のエネルギー状態分布（Densityof states：DOS）を成分ごとに分解して表示．s，p，dは，それぞれ3s，3p，3d電子軌道成分のエネルギー分布を示す．7）（（a）Si L 2,3-emission spectrumobtained from a Si wafer.（b）Calculated density ofstate of Si by WIEN2k code. s, p, d show energydistribution of 3s, 3p, 3d component, respectively. 7））成分の結合電子のエネルギー分布に対応し，p（l＝1）成分は観察されない．実験データの2つのピークの間隔および価電子帯上端（矢印）からのエネルギー位置は，理論計算DOSのs成分とよく対応する．また，価電子帯上部に対応する強度分布は，理論計算のs成分よりもs＋d（点線）のほうが特徴を再現している．図3bの計算結果は基底状態に対するものであり，厳密な意味では実験スペクトルに対応しない．なぜなら，SXESスペクトルには，発光過程の途中での電子移動が生じうることや，発光の終状態が基底状態とは異なる（価電子帯にホールが存在する）からである．しかしながら，図3を見てわかるようにおおまかな特徴が比較できる．これは，Si-L 2,3発光の終状態（価電子帯にホールが存在）が，基底状態に比べてエネルギー的に大きくかけ離れていないことによる．これに対し，EELSの内殻励起スペクトルの理論計算には，強い内殻ホール効果を考慮することが本質的に重要となる．図4Alとその金属間化合物であるAlCo，AlPd，Al2PtおよびAl 2AuのAl-L 2,3発光スペクトル．（Al L 2,3-emission spectra of Al, AlCo, AlPd, Al 2Pt, and Al 2Au.）Alのスペクトルの右端は，最高占有準位であるフェルミエネルギー（EF）位置に対応する．金属間化合物では，Alの価電子と遷移金属のd電子軌道との混成により，スぺクトル強度分布が変化している．また，構造による類似性も観察される．4．測定例図4に，われわれオリジナルのSEM-SXES装置を用いて測定した，アルミニウム（Al）とその金属間化合物であるAlCo，AlPd，Al 2Pt，Al 2AuのAl-L 2,3発光スペクトルを示す．Al-L発光強度以外に，Co-MM発光（AlCo），Au-NO発光（Al 2Au）も見えている．Alのスペクトルを見ると，スペクトル強度の右端が急激に変化しているのがわかる．この部分がフェルミエネルギー（EF）準位に対応する最高占有準位である．スペクトル強度の左端が価電子帯の底に対応しており，自由電子的な状態密度分布の形をしている．金属間化合物のスぺクトル形状はAl（面心立方構造）のそれとは異なる一方，CsCl型構造を有するAlCoとAlPd，また，CaF 2型構造を有するAl 2PtとAl 2Auは互いに似た強度分布を示している．AlCoとAlPdの価電子帯の中央付近の特徴的な強度分布は，Alの価電子とCo-3d（AlCo），Pd-4d（AlPd）の混成の結果と思われる．Al 2PtとAl 2Auのスペクトルの特徴的な強度分布は，価電子帯中央より少し低エネルギー側に現れている．これらは，Alの価電子とPt-5d（Al 2Pt），Au-5d（Al 2Au）の混成の結果と思われる．この混成効果は，Al 2PtよりもAl 2Auのほうが低エネルギー側に位置する．これは，Pt-5d軌道よりもAu-5d軌道のエネルギーが低いことに起因する（原子番号Zの違い）と解釈される．図5aに，アモルファス窒化カーボン膜（a-CNx）から測定したC-K発光スペクトル（二次回折光，C-K（2），K発光エネルギーの1/2のエネルギー位置）を示す．N-K4日本結晶学会誌第61巻第1号（2019）