簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 林俊良
Chun-Liang Lin
論文名稱： 二維鈷原子島在銀/鍺(111)√3×√3表面聚集與成長之研究
Condensation and growth behavior of 2D Co islands on Ag/Ge(111)√3×√3 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： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 119
中文關鍵詞： 聚集與成長 、磁性半導體 、掃瞄穿隧顯微鏡 、二維鈷原子島 、銀/鍺(111)√3×√3 、原子行為 、超晶格結構 、鏡像對稱
英文關鍵詞： nucleation, magnetic semicodoctors, STM, Co 2D islands, Ag/Ge(111)√3×√3 surface, atomic processes, super lattice, mirror symmetry
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：199  下載：10 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

    • 在超高真空的環境中（<10-10mbar），利用分子束蒸鍍鎗（MBE）成功地在半導體鍺（111）表面成長鈷的磁性薄膜，並藉由掃描穿隧顯微鏡（STM）觀察其成長初期的行為。為了阻隔鈷與鍺形成化合物，我們先在鍺的表面加鍍單一層原子的銀，並加熱使其形成(√3×√3)的穩定重構，再行鍍0.35ML的鈷並加熱至200℃以上，即成功地發現鈷原子在表面上形成具有週期性的二維的原子島，這些二維的原子島的厚度在兩層以下僅相差0.05nm，其後則皆相差0.2nm，而且兩層以下的鈷原子排列較為鬆散，其結構週期相對於基底鍺為(√13×√13)，然兩層以上的鈷原子排列較為緊密，結構週期則變為(2×2)。我們也發現，兩層以下的鈷原子磊晶方向具有特殊的鏡像對稱模式，鏡射面分別平行鍺(111)面上的 、 、和 三個方向，而鈷以一層伴隨一層地成長至第三層之後則會恢復與基底鍺相同的堆積方向，這些足以說明鈷與鍺之間雖然隔著一層銀，但關係仍然密不可分。此外，當加熱溫度達到300℃以上，鈷獲得較多的動能足以逐漸克服基底的影響而較為自由運動，其總體擴散活化能約為2.39eV，並且為了降低整體表面自由能，鈷趨向不斷地聚集並往三維的方向成長，使表面露出更多有銀的部分，也因此出現更大或更高的鈷原子島。

    The Co magnetic super thin films on semiconductor Ge(111) surface are grown successfully by in situ depositing with MBE. Their growth behaviors and equilibrium structures are observed by STM and LEED. In order to prevent alloy reactions of cobalt and germanium, the Ag/Ge(111)√3×√3 surface, produced by depositing 1ML Ag onto Ge(111)-c(2×8) and anneal up to 500℃, is chosen as substrate. After depositing 0.35ML cobalt and annealing to 200℃, some structured 2D cobalt islands were started to be found. Raising the annealing temperature to 300℃~500℃,the islands become larger and higher. These 2D Co islands construct two shapes, the lower Shape 1 and the higher Shape 2. The Shape 1 islands (under 2 atomic layers) have the period of (√13×√13) and each layer separates with 0.05nm. Especially, the structure of this shape is of reflection symmetry and the mirror planes are along , , and axes of the Ge(111) surface. The Shape 2 islands (over 3 atomic layers) show another period of (2×2) and return to cobalt own separation of 0.2nm. Those island sizes also depend on annealing temperatures. Besides, by nucleation theory, the total diffusion activation energy E=2.39eV. All of the phenomenon may relate to the surface free energy and interface constrains.

    中文摘要 i 英文摘要 ii 目錄 iii 圖片索引 vi 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 侷欲電子態密度 6 2.2 STM實驗方法介紹 7 2.2.1 掃描方法 7 2.2.2 穿隧電流能譜（STS＆CITS） 9 2.3 LEED的基本原理 11 2.3.1 晶格與倒晶格 11 2.3.2 電子繞射原理 12 2.4 成核理論介紹 14 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 18 3.3 殘氣分析儀 20 3.4 離子槍濺射系統 21 3.5 蒸鍍系統 23 3.6 阻滯電場式分析儀 25 3.7 掃描式穿隧電子顯微鏡 27 第四章 實驗步驟 30 4.1 實驗步驟流程圖 30 4.2 前置作業 31 4.2.1 製備STM探針 31 4.2.2 超高真空環境 32 4.3 樣品製備與成長鈷原子島 34 4.3.1 將樣品製備成鍺(111)-c(2×8)之基底 34 4.3.2 鍍上銀並製備成銀/鍺(111)√3×√3之基底 37 4.3.3 鍍所需鍍量的鈷並加熱使其成長二維鈷原子島 37 第五章 實驗數據與分析 38 5.1 鍺(111)-c(2x8)的基底 38 5.2 銀/鍺(111)√3×√3表面之探討 42 5.2.1 銀/鍺(111)√3×√3表面結構 42 5.2.2 不同溫度下銀/鍺(111)√3×√3表面之LEED 44 5.3 在銀/鍺(111)√3×√3表面成長二維鈷原子島 46 5.3.1 在室溫下蒸鍍鈷原子島以及加熱至100℃ 46 5.3.2 加熱至200℃以及300℃ 49 5.3.3 加熱至400℃以及500℃ 53 5.3.4 加熱至600℃ 58 5.3.5 不同加熱溫度下LEED的觀察 60 5.4 二維鈷原子島的高度分析 62 5.4.1 不同溫度下的STM立體影像 62 5.4.2 鈷原子島平均高度隨溫度的變化 64 5.5 高溫時表面所產生的裂痕 65 5.6 不同高度鈷原子島的形貌 68 5.7 二維鈷原子島其結構上之對稱性及週期性與基底的關係 69 5.7.1 形貌一的鈷原子島 69 5.7.2 形貌二的鈷原子島 71 5.8 針對兩種形貌鈷原子島測量其穿隧電流能譜 74 5.9 二維鈷原子島面積隨溫度的變化 77 5.10 與其他系統的比較 81 5.10.1 鈷在「銀/鍺(111)」與「銀/矽(111)」表面之比較 81 5.10.2 鈷在「銀/鍺(111)」與「鍺(111)」表面之比較 83 第六章 結果與討論 85 6.1 二維島、三維島與原子團之間的差異 85 6.2 不同厚度之二維鈷原子島其形貌上之差異 86 6.3 二維鈷原子島其對稱性與磊晶方向的特殊之處 87 6.4 藉由LEED確認二維鈷原子島週期 93 6.5 二維鈷原子島不同層數間的關連性 97 6.5.1 二維鈷原子島是一層伴隨一層地成長 97 6.5.2 第二層與第一層的關係 98 6.5.3 第三層與第二層的關係 100 6.5.4 三層以上層與層之間的關係 104 6.6 二維鈷原子島聚集與擴散活化能的計算 109 6.7 二維鈷原子島在銀/鍺(111)√3×√3表面的成長機制與其特性 112 6.8 由二維鈷原子島延伸探討鈷超薄膜的成長 114 第七章 結論 116 參考資料 118

    1. G. Binning and H. Rohrer, Rev. Mod. Phys. 59 (1987) 615
    2. J.A. Kubby, and J. J. Boland, Surf. Sci. Rep. 26 (1996) 61
    3. 科學月刊, 諾貝爾的榮耀—物理桂冠, 天下文化書坊 (2001)
    4. Scientific American , March (2003)
    5. Y. F. Hsieh, L. J. Chen, E. D. Marshall, and S. S. Lau, Appl. Phys. Lett. 51 (1987) 1588
    6. G. A. Smith, L. Luo, Shin Hashimoto, and W. M. Gibson, J.Vac. Sci. Technol. A 7(3) (1989) 1475
    7. 陳文琛, 國立台灣師範大學碩士論文（2003）
    8. I. Karakaya, W. T. Thompson, Bull Alloy Phase Diagrams
    9. R. Eisberg, and R. Resnik, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles(2nd Ed), Wiley, New York (1985)
    10. John C. Vickerman, Surface Analysis, Wiley, New York (1997)
    11. G. Ertl, J. Kuppers, Low Energy Electrons and Surface Chemistry, VCH Publisher, Weinheim (1985)
    12. Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics(7th Ed), Wiley, New York (1997)
    13. J. A. Venables, Phys. Rev. B 36 (1987) 4153
    14. J. A. Venables, G. D. T. Spiller, M. Hanbucken, Rep. Prog. Phy. 47 (1984) 399
    15. Vasily Cherepanov and Bert Voiglander, Phys. Rev. B 69 (2004) 125331
    16. Harald Brune, Surf. Sci. Rep. 31 (1998) 121
    17. 真空技術與應用, 行政院國家科學委員會精密儀器發展中心 (2001)
    18. 表面分析儀器, 行政院國家科學委員會精密儀器發展中心 (1998)
    19. ISE 5 Sputter Ion Source User’s Guide, Omicron (2000)
    20. Miniature K-cell Effusion Source Operator’s Handbook, Vacweld (2003)
    21. Instruction Manual of UHV Evaporator EFM3/4, Omicron (2003)
    22. SPECTALEED Optics and Electron Gun User’s Guide, Omicron (1999)
    23. Auger Electron Spectroscopy with Four-Grid SPECTALEED, Omicron (2000)
    24. Instuments for Surface Science, Omicron (2000)
    25. R. M. Feenstra and A. J. Slavin, Surf Sci 251-252 (1991) 401
    26. L. Pasquali, A. D’Addato, L. Tagliavini, A. M. Prandini, S. Nannarone, Surf. Sci. 377-379 (1997) 534
    27. Wenguang Zhu, H.H. Weitering, E. G. Wang, Efthimios Kaxiras, and Zhenyu Zhang, Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 126102
    28. R. S. Becker, J. A. Golovchenko and B. S. Swartzentruber, Phys. Rev. Lett. 54 (1985) 2678
    29. R. M. Feenstra and G.. A. Held, Physica D 66 (1993) 43
    30. Noboru Takeuchi, A. Selloni, and E. Tosatti, Phys. Rev. Lett. 69 (1992) 648
    31. R. M. Feenstra, A. J. Slavin, G.. A. Held, and M. A. Lutz, Phys. Rev. Lett. 66 (1991) 3257
    32. M. Padovani, E. Magnano, G. Bertoni, V. Spreafico, L. Gavioli, M. Sancrotti, Appl. Surf. Sci. 212-213 (2003) 213
    33. A. Selloni, Noboru Takeuchi, and E. Tosatti, Surf Sci 331-333 (1995) 995
    34. R. S. Becker, B. S. Swartzentruber, J. S. Vickers, and T. Klitsner, Phys. Rev. B 39 (1989) 1633
    35. Geunseop Lee, H Mai, Ilya Chizhov, and R. F. Willis, J. Vac. Sci. Technol. A 16(3) (1998) 1006
    36. H. Huang, H. Over, and Y. Tong, Phys. Rev. B 49 (1994) 13483
    37. Y. G. Ding, C. T. Chan, K. M. Ho, Surf. Sci. 275 (1992) L691
    38. E. S. Hirschorn, D. S. Lin, F. M. Leibsle, A. Samsavar, and T. –C. Chiang, Phys. Rev. B 44 (1991) 1403
    39. Kurt W. Kolasinski, Surface Science, Wiley, New York (2001)
    40. H. H. Weitering, J. M. Carpinelli, Surf. Sci. 384 (1997) 240
    41. 高執貴, 國立台灣師範大學碩士論文（2004）
    42. E. A. Brandes, Smithhells Metals Reference Book(6th Ed), Butterwoths, London (1983)
    43. L.I. Maisser, R. Gland, Handbook of Thin Film Technology, McGraw-Hill, New York (1983)
    44. C. S. Shern, Y. F. Wu, Y. E. Wu, Surf. Sci. 439 (1999) L779
    45. Y. F. Hsieh, L. J. Chen, E. D. Marshall, and S. S. Lau, Appl. Phys. Lett. 51 (1987) 1588
    46. T. Y. Fu, L. C. Cheng, C. –H. Nien, and T. T. Tsong, Phys. Rev. B 64 (2001) 113401
    47. H. Y. Lin, Y. P. Chiu, L. W. Huang, Y. W. Chen, T. Y. Fu, C. S. Chang, and T. T. Tsong, Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 136101
    48. H. M. Zhang, R. I. G. Uhrberg, Surf. Sci. 546 (2003) L789
    49. H. M. Zhang, T. Balasubramanian, R. I. G. Uhrberg, Appl. Surf. Sci. 175-176 (2003) 237
    50. T. Y. Fu, T. Y. Wu, and T. T. Tsong, Chinese J. Phys. 43 (2005) 124
    51. C. E. Allen, R. Ditchfild, and E. G. Seebauer, Phys. Rev. B 55 (1997) 13304
    52. J. A. Venables, Physica A 239 (1997) 35
    53. J. S. Tsay, H. Y. Nieh, Y. D. Yao, T. S. Chin, J. Magn. Magn. Mate. 282 (2004) 78

    QR CODE