Practice of the Analysis of Reflection High-Energy Electron Diffraction Pattern

Abstract

Analyses and assignments of reflection high-energy electron diffraction patterns of Si(100) surfaces are demonstrated for the practice. Several check points for the RHEED analysis are described. に載っているが， 実際の実験でよく観察されるような 「美 1．は じ め に しくない」RHEED 図形での解釈の具体例となると既報 反射高速電子回折 1） （reflection high-energy electron dif-論文をみることとなる。ところが既報の論文の場合，あ fraction: RHEED）は，固体表面および薄膜の周期構造を きらかに誤った解釈をしているものがある。以下に具体 観察する手法として幅広く用いられている。低速電子回 例をあげる。 折（low energy electron diffraction: LEED）が 表 面 周 期 構 よく誤った解釈として「表面スポットがストリークに 造決定をはじめとする基礎研究において広く用いられて なっているので表面は平坦である。 」 というのがある 11） 。 いるのに対して，RHEED は表面に存在する微結晶粒子 これは物理的には誤っている。確かに，このようなスト の構造や双晶欠陥など，LEED では観察困難な情報も得 リークが観察される表面の電子顕微鏡像は平坦な場合が ることができるため，分子線エピタキシーを用いた薄膜 多いため，帰納的にはそのような解釈は可能なのかもし 形成をはじめとする応用研究においても威力を発揮する れない。しかし演繹的に考えると，ストリークになって 観察手法である 2） 。 いるのは表面の周期構造のコヒーレンスが良くないため LEED 図形 3） は表面の逆格子空間をほぼ歪みなく表し にラウエ函数の収束が悪くなり，逆格子ロッドが太くな ているため解釈しやすいのに対し，RHEED 図形の場合 っているために，逆格子ロッドのエバルト球での断面が には歪みを補正して解釈する必要がある。更に，表面周 「竹を斜に割ったように」細長くなるからである，とい 期構造に由来する回折斑点の他に，微結晶粒子や双晶に う解釈が正しい 12） 。したがって，表面スポットがストリ 由来する回折斑点，さらに表面近傍のバルクの構造に由 ークになっている「ので」表面は平坦である，というの 来する菊池図形 4） も考慮しなければならない。RHEED は論理的に誤っている。また，二重回折による回折斑点 に関する教科書・参考書的な素晴らしい解説 5～10） はすで を表面周期構造と解釈して 2×1 構造を 2×2 構造と解釈 にいくつかあるが， 「問題集」 に対応する，実際の RHEED している間違いもみかけることがある 13） 。また，菊池線 図形の解釈の具体例となると 「問題」 がある。すなわち， の交差点を回折斑点として解釈している文献もしばしば 清浄表面での美しい RHEED 図形での解釈は「教科書」 みかけることもある。しかしこれらのような誤った解釈 はまだ「良い方」であり，最もひどいものになると，表