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研究生:戴龑
論文名稱:STM─系統架設、測試與偶氮甲烷在矽﹙111﹚面反應的初步研究
指導教授:張伯琛莊東榮柯陸詩
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:掃描式穿隧電流顯微鏡矽﹙111﹚偶氮甲烷
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摘 要
在本論文中,我們主要建構一台掃描式穿隧電流顯微鏡/原子力顯微鏡﹙Scanning Tunneling Microscopy / Atomic Force Microcopy﹚。
此儀器為同步輻射研究中心整合性表面分析系統PESM﹙PhotoEmission SpectroMicroscopy﹚之一部份。主要結構為一台OMICRON公司製造之超高真空﹙Ultra High Vacuum, UHV﹚STM / AFM ;其他部分包含氣體管線﹙Gas line﹚、四軸樣品置放台﹙Manipulator﹚、熱裂解式原子源﹙Hot filament atom source﹚,維持真空系統﹙Pumping system﹚以及一個小型的前置樣品傳送腔體﹙Load-lock chamber﹚供置換樣品及針尖。
系統建構完成後,接下來便是測試工作:
一、 針尖製作:我們以電化學腐蝕法來製造針尖,並採用不同
之條件,以期得到一個程序,能夠製造品質最好的針尖。
二、 樣品掃描:選用多種測試樣品,包括:鍺蒸鍍於矽上、金
蒸鍍於矽上、接近單晶石墨﹙HOPG﹚、矽﹙111﹚以及氫
原子蒸鍍於矽上。
測試的環境為大氣下及超高真空中,並使用STM及AFM
來掃描。
測試結果顯示此系統大致可正常工作,但仍有一些環境上需要改進之處,亦將於本論文中討論。
最後一部份,為偶氮甲烷在矽﹙111﹚7x7重構面上反應之初步研究。
配合低能電子繞射儀﹙Low Energy Electron Diffraction﹚及STM
的結果,我們發現將偶氮甲烷披覆於矽表面上,並經過快速升降溫﹙Flash﹚過程,會在表面形成新的結構及化合物,初步推論為碳化矽﹙SiC﹚。但詳細情形則待進一步之研究。
目錄 1
摘要 5
Chapter1動機與簡介 7
1-1 元素半導體─矽 7
1-2 偶氮甲烷 8
1-3 掃描式穿隧電流顯微鏡 9
Chapter2 原理 11
2-1 STM 11
2-2 低能電子繞射儀 20
Chapter3系統設置簡介 23
3-1 PESM 23
3-2 STM腔體 26
3-3 LEED 38
3-4 其他儀器 40
3-5 STM架設所遇問題 41
Chapter4 系統測試實驗與結果 43
4-1 製作針尖 43
4-2 矽晶片的準備與前處理 44
4-3 STM測試實驗 47
Chapter5 偶氮甲烷與矽﹙111﹚反應之初步研究 67
5-1 偶氮甲烷的製備與使用 67
5-2 LEED實驗 71
5-3 STM實驗 73
Chapter6 總結 81
6-1 儀器架設 81
6-2 測試實驗 82
6-3 偶氮甲烷與矽﹙111﹚表面反應 83
參考資料 84
[1] C. Julian Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford, New York, (1993)
[2] Dawn A. Bonnell, Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy, VCH, New York, (1993)
[3] R. J. Behm et al., Scanning Tunneling Microscopy and Related Methods, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, (1990)
[4] Dror Sarid, Scanning Force Microscopy-With Applications to Electric, Magnetic, and Atomic Forces, Oxford, New York, (1991)
[5] M. Prutton, Introduction to Surface Physics, Oxford, New York, (1994)
[6] John J. Boland, “The improtance of structure and bonding in semiconductor surface chemistry: hydorogen on the Si(111)-7x7 surface”, Surf. Sci. 244, 1(1991)
[7] R. S. Becker, “Atomic ScaleConversion of Clean Si(111):H-1x1 to Si(111)-2x1 by Electron-Stimulated Desorption”, Phys. Rev. Lett. 65, 1917(1990)
[8] Rong-Li Lo et al., “Diffusion of Single Hydrogen Atoms on Si(111)-(7x7) Surface”, Phys. Rev. Lett. 80, 5584(1998)
[9] A. Vittadini et al., “Binding Sites, Migration Paths, and Barriers for Hydrogen on Si(111)-(7x7)”, Phys. Rev. Lett. 75, 4756(1995)
[10] Y. -N. Yang et al., “High Atom Density in the “1x1” Phase and Origin of the Metastable Reconstruction Si(111)”, Phys. Rev. Lett. 72, 1862(1994)
[11] M. A. Rezaei et al., “Inducing and imaging single molecule dissociation on a semiconductor surface: H2S and D2S on Si(111)-7x7”, J. Chem. Phys. 109, 6075(1998)
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