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研究生: 趙智豪
Chi-Hao Chou
論文名稱: 鈷島在銀/鍺(111)上的成長行為與電子結構
Growth behavior and electronic structure of cobalt islands on Ag/Ge(111) surface
指導教授: 傅祖怡
Fu, Tsu-Yi
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 105
中文關鍵詞: 掃描穿隧顯微鏡半導體介面效應
英文關鍵詞: STM, semiconductor, interface effect
論文種類: 學術論文
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  • 藉由STM觀察高溫(400℃)下蒸鍍鈷原子在銀/鍺(111)- (4×4)與(√3×√3)介面上的成長行為。隨著鈷鍍量增加,(4×4)露出的面積較(√3×√3)迅速減少,除了(4×4)介面對鈷的束縛較強外,在(4×4)介面上成核的鈷島可能會推動銀原子,讓銀原子有機會移動到(4×4)與(3×1)形成更多的(√3×√3),並且為了降低整體的表面自由能,小面積的鈷島會與大面積的鈷島合併,此為Ostwald ripening現象。
    在銀/鍺(111)- (√3×√3)介面上利用高溫蒸鍍做(400℃)熱處理後,表面上的鈷原子具有足夠的動能找到最安定的位置再進行成核,與室溫蒸鍍後再熱處理比較,此種熱處理方法更可以讓鈷島在表面上形成大面積且具有平台的結構。
    藉由STS發現侷域電子態密度(LDOS)在臺階邊緣以及平臺上具有不同的特徵能態。在銀/鍺(111)表面上會形成兩種重構鈷島,一種為√13×√13重構鈷島,另一種為2×2重構鈷島。因為介面效應,√13×√13重構鈷島在(4×4) 與(√3×√3)介面上具有不同的LDOS。當鈷島往上成長且島層數為7~8層時,此時2×2重構鈷島與低層數的2×2重構鈷島的LDOS並不完全相同。

    By Scanning Tunneling Microscopic (STM) we can understand the growth behavior of cobalt islands on Ag/Ge(111)- (4×4) and (√ 3×√ 3) surface at high temperature (400 ℃) . With the increase of cobalt coverage, the exposure area of (4×4) decrease more apparently then √ 3×√ 3 does. Besides the stronger binding at the interface of cobalt and (4×4), nucleation of Cobalt Island on the (4×4) interface may result silver atoms to move to other (4×4) and (3×1) area and form more area of (√ 3×√ 3). In order to reduce the total surface free energy, small islands combine with large island that is Ostwald ripening.
    After high-temperature (400 ℃) evaporation on the Ag/Ge(111)- √3×√3, the cobalt atom has sufficient kinetic energy to find the most stable position, and heat treatment allow cobalt islands to form terrace.
    By STS we could find local density of states (LDOS) at the step edge and terrace are different, and find that the filled state of cobalt islands show different features at step edge and terrace. In the Ag/Ge(111) surface will form two kinds of reconstruction cobalt island, one was √ 13 × √ 13 reconstruction of cobalt islands, and the other was 2 × 2 reconstruction of cobalt islands. √13×√ 13 cobalt islands have different LDOS on (4×4) and (√3×√3) due to interface effect. When 2 × 2 cobalt island are of 7~8 layers height, the LDOS of cobalt islands are different from the 2×2 reconstruction low coverage sample.

    中文摘要 i 英文摘要 ii 目錄 iii 研究動機 I 第一章 緒論 1 第二章 實驗原理與方法 3 2.1 STM的基本原理 3 2.1.1 穿隧效應 3 2.1.2 侷域電子態密度 6 2.2 STM操作原理 8 2.2.1 掃描方法 9 2.2.2 穿隧電流能譜(STS與CITS) 11 2.3 LEED的基本原理 12 第三章 實驗儀器 15 3.1 實驗裝置圖 15 3.2 超高真空系統 16 3.2.1 真空幫浦 16 3.2.2 真空壓力計 22 3.3 蒸鍍系統 26 3.4 離子槍濺射系統 28 3.5 掃描穿隧顯微鏡 31 3.6 殘氣分析儀 34 3.7 低能量電子繞射儀 35 第四章 實驗步驟 37 4.1 實驗步驟流程圖 37 4.2 前置作業 38 4.2.1 製備STM探針 38 4.2.2 組裝樣品 40 4.3 建立超高真空環境 42 第五章 實驗數據與分析 45 5.1 鍺(111)-c(2×8) 45 5.1.1 鍺(111)-c(2×8)的表面結構 45 5.1.2 鍺(111)-c(2×8)的掃描穿隧電流能譜(STS) 46 5.2 銀/鍺(111)-√3×√3 50 5.2.1 銀/鍺(111)-√3×√3的表面結構 50 5.2.2 銀/鍺(111)- √3×√3的掃描穿隧電流能譜(STS) 52 5.3 銀/鍺(111)-4×4 55 5.3.1 銀/鍺(111)-4×4的表面結構 55 5.3.2 銀/鍺(111)-4×4的掃描穿隧電流能譜(STS) 57 5.4 在銀/鍺(111)- 4×4與√3×√3介面成長鈷原子島 58 5.4.1 銀/鍺(111)- 4×4與√3×√3的面積比 58 5.5 鈷鍍量為0.22 ML 59 5.5.1 銀/鍺(111)- 4×4與√3×√3露出的面積百分比 61 5.5.2 不同介面被鈷島佔據的面積百分比與鈷島個數 61 5.5.3 兩種鈷島在銀/鍺(111)- 4×4與√3×√3上的面積比與個數比 62 5.6鈷鍍量為0.55 ML 64 5.6.1 銀/鍺(111)- 4×4與√3×√3露出的面積百分比 65 5.6.2 兩種鈷島在銀/鍺(111)- 4×4與√3×√3上的面積比與個數比 65 5.7 鈷鍍量為1.1 ML 66 5.7.1 銀/鍺(111)- 4×4與√3×√3露出的面積百分比 67 5.7.2 兩種鈷島在銀/鍺(111)- 4×4與√3×√3上的面積比與個數比 68 5.8 Step對鈷島電子結構的影響 69 5.9 兩種重構鈷島的掃描穿隧電流能譜(STS) 73 5.10 蛋糕狀鈷島 81 第六章 結果與討論 85 6.1 不同鈷鍍量下(4×4)與(√3×√3)露出的面積百分比 85 6.2 鈷鍍量與(√3×√3)露出面積的關係 86 6.3 不同鈷鍍量下兩種鈷島的面積百分比與個數百分比 87 6.4 不同系統中兩種重構鈷島的面積百分比 89 6.5 熱處理方式的比較 91 6.6 介面效應 93 6.7 鈷島在銀/鍺(111)- (4×4)與(√3×√3)面積的分布情形 94 6.8 鈷島在(4×4)介面上的形貌 96 6.9 不同介面上鈷島電子結構的比較 98 第七章 結論 100 參考資料 103

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