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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:高旭昇
論文名稱:偶氮甲烷分子與矽(111)表面作用的之研究
論文名稱(外文):The research on the surface of Si(111)reacted with azomethane molecule
指導教授:莊東榮
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:物理學研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:偶氮甲烷分子
外文關鍵詞:azomethane
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碳氮自由基在表面催化及材料製程反應上有極重要的角色,甲烷基的反應更是被仔細研究過,利用偶氮甲烷分子加熱至1000K以上,就能產生純度較高的的甲烷基。暴露偶氮甲烷分子使吸附在矽(111)晶體表面上,然後直接在晶體加熱,在利用表面的分析儀器,如掃瞄式穿隧電子顯微鏡(STM),或以同步輻射光所得到的電子能譜來分析表面是否有薄膜產生。
利用STM觀察矽單晶表面,在室溫下暴露偶氮甲烷分子,沒能顯示出有規則的排列,經過1500K的退火程序之後,發現表面有三角形的結構產生,隨著退火次數的增加,三角形的面積會擴大。較高密度之矽表面會顯現出三角形(7x7)的結構,這種半穩定態之矽(111)表面推測是由於碳化矽和氮化矽脫附所造成的結果。
在光電子能譜所得到的數據中,在N(1s)的波形中,可看到有三個波峰分別在鍵結能397.7eV、399eV、400eV處,且在溫度600K附近幾乎波峰到最後只剩397.7eV這一值,在Si(2p)也可看出在溫度600K附近也產生了巨大的變化。我們可以做出偶氮甲烷分子和矽的反應過程為:
1. 在室溫暴露時,有三種化學狀態共同存在,即原有的trans-形式之分子,和基板作用而變成的Cis-形式的分子,以及裂解成NCHx的自由基。
2. 當基板溫度升高時,大部分子會份裂解成NCHx之自由基,矽表面有明顯的氮化和碳化的現像。
3. 殘留的碳-氮-矽化合物可在加熱至1500K之後完全脫附,恢愎至乾淨之Si(111)-(7x7)之狀態.。

Hydrocarbon radicals play an important role in material processing and heterogeneous catalysis. CH3 radicals are reaction intermediates and have been investigated by many groups. Dissociation of azomethane can produce methyl radicals. Surface analysis techniques , such as scanning tunneling microscopy(STM) and photoemission spectroscopy are used for studying silicon surface exposed to azomethane to produce new film overlayers .
At room temperature exposure of azomethane , we can not find any ordered structure by STM. After annealing to 1500K, characteristic triangle structures of 7x7 appear. The areas of the triangles increase with several cycles of annealing. Those triangles of 7x7 within disordered or metastable structures might be chemically induced after desorption of Si-N and SiC species form the surface.
The photoemission spectrum shows after azomethane exposure that there are three peaks of N(1s) core level with binding energies of 397.7eV, 399eV, 400eV, respectively. After annealing to 600K, we observe only one peak at 397.7eV. Drastic changes can be also detected for Si(2p) and C(1s) core levels.
The conclusion of the reaction of silicon surface with azomethane is as follows:
1. There chemical states of azomethane coexist on the surface: the original trans-form of the molecule, the cis-form of the molecule and NCHx species.
2. With increasing annealing temperature , all species dissociate to NCHx . The surface then further reacts to form nitride and carbide phases.
3. After the C-Si-N species are completely desorbed at an annealing temperature of 1500K, the surface gradually reveals the 7x7 structure by forming characteristic triangles.

目錄 頁次
第一章 簡介
1-1 研究動機 --------------------------------1
1-2 元素半導體-矽 --------------------------------1
第二章 實驗設備和原理
2-1 同步輻射光 ---------------------------------3
2-2 STM ---------------------------------8
2-3 其他設備 ---------------------------------12
第三章 實驗過程,步驟及系統
3-1.1 azomethane 的合成 -------------------------16
3-1.2 簡介 azomethane -------------------------16
3-2.1 實驗系統 --------------------------17
3-2.2 STM系統 ---------------------------17
3-3.1 樣品清潔 -------------------------21
第四章 結果和討論
4-1.1 STM掃瞄Si(111)的結果 ------------------------25
4-1.2 STM 掃瞄Si(100)的結果 ---------------------34
4-2.1 價帶(valance band)量測的結--------------------34
4-2.2 內層軌域光電子(core level) 量測的結果 -------38
第五章 結論

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