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研究生:鄭隆傑
研究生(外文):Lung-Chieh Cheng
論文名稱:覆鈀鎢針上成長金字塔結構及相關原子運動能障之研究
論文名稱(外文):The growth of pyramidal structure on Pd covered W tip and research on relative atomic processes
指導教授:傅祖怡
指導教授(外文):Tsu-Yi Fu
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣師範大學
系所名稱:物理研究所
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:場離子顯微鏡擴散運動晶面
外文關鍵詞:Field Ion MicroscopyTungstenPalladiumdiffusion and migrationfacet
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在這個研究工作中,我們觀察到覆鈀鎢針上成長的單原子尖端金字塔結構,並瞭解其熱穩定性,以及能夠重覆再生的特性。利用場離子顯微鏡,我們也同時觀察了與金字塔成長相關的原子過程,包括Pd吸附原子在鎢表面(112)、(110)、(111)平台上的擴散運動和下行運動;在鎢(111)平台的上行運動及台階邊緣的脫離運動,以及鎢(111)表面自由能造成的能量梯度。實驗的結果顯示出:Pd吸附原子在鎢(112)、(110)、(111)平台的擴散活化能分別為0.32±0.02,0.51±0.03,1.02±0.06eV;在台階邊緣的額外反射位障分別為0.29±0.03,0.27±0.02,0.61±0.01eV,由實驗觀察結果發現其下行運動的機制,應為跳躍的模式;Pd在W(111)台階發生上行運動時所需克服的能量位障=1.84±0.07eV,在台階邊緣的脫離位障=1.72±0.07eV,並且鎢(111)平台造成的能量梯度為0.013eV/4.47Å。由這些結果,對於Pd成長的金字塔結構能夠有更基本的瞭解。我們也嚐試著將鎢表面成長的單原子金字塔結構,運用在STM掃描探針中,這一方面的工作,仍有待繼續研究。
The growth of a single-atom sharp pyramidal structure on the
Pd covered W tip was observed in this study. Its properties such as thermal stability and repeated regeneration processes are found. Using Field Ion Microscopy, we also investigated such atomic processes in relation to the pyramidal facet growth, including terrace diffusion and descending diffusion
of Pd adatoms on W(112), (110), and (111) surfaces, ascending diffusion of Pd adatoms onto W(111) surface, detachment of Pd adatoms from the kink sites of W(111) boundary and the free energy anisotropy of W(111) surfaces. The activation barriers for the terrace diffusion of Pd adatoms on W(112), (110) and (111) surfaces are determined to be 0.32±0.02, 0.51±0.03,
1.02±0.06eV, respectively. And the extra reflective barriers for the descending diffusion are determined to be 0.29±0.03, 0.27±0.02, 0.61±0.01eV, respectively. The mechanism of descending diffusion for Pd adatoms on W surfaces should be hopping. The activation energy for the ascending diffusion for Pd adatoms at W(111) steps is derived to be 1.84±0.07eV and for the detachment from the kink sites is derived to be
1.72±0.07eV. The free energy anisotropy near the W(111) surface is also derived to be 0.013eV/4.47Å. The investigation of the mechanism and energetics of the atomic processes gives us more information for the growth of pyramidal structure. We also try to use such a W tip with single-atom sharp apex as the scanning probe of Scanning Tunneling Microscopy. The work is currently in progress.
摘要
第一章 簡介
1-1 表面科學的研究……………………………………………1
1-2 場離子顯微鏡………………………………………………2
1-3 表面原子動態………………………………………………3
(A)吸附原子在原子平台的擴散運動…………………………… 3
(B)吸附原子沿著台階邊緣的擴散運動………………………… 4
(C)吸附原子在晶格台階的下行運動…………………………… 4
(D)原子島或晶格台階邊緣原子的脫離運動…………………… 4
(E)吸附原子在晶格台階的上行運動…………………………… 5
1-4 場離子顯微鏡的成像原理…………………………………6
(A)誕生…………………………………………………………… 6
(B)場離子影像的形成…………………………………………… 6
(a)尖銳的針尖樣品…………………………………………… 6
(b)成像氣體…………………………………………………… 7
(c)場離子化的原理…………………………………………… 9
(d)場蒸發和場退吸附的原理…………………………………10
第二章 儀器裝置與數據分析原理
2-1 FIM的裝置…………….……………………………… 12
(A)真空系統………………………………………………………12
(B)成像系統………………………………………………………12
(a)鎢針樣品的製備……………………………………………12
(b)成像氣體……………………………………………………13
(c)影像亮度放大電路…………………………………………13
(d)影像的記錄…………………………………………………13
(C)高電壓源………………………………………………………13
(D)低溫裝置………………………………………………………16
(E)其它裝置………………………………………………………16
(a)脈衝加熱器…………………………………………………16
(b)蒸鍍裝置……………………………………………………16
2-2 數據分析原理
(A)吸附原子的擴散運動…………………………………………17
(B)邊界位障的計算………………………………………………18
(a)下行運動的反射位障………………………………………18
(b)上行運動的能量位障………………………………………18
(c)脫離運動的能量位障………………………………………19
第三章 實驗結果與討論
3-1 單原子尖端的金字塔結構…………………………… 20
3-2 鈀吸附原子在平台上的擴散運動…………………… 28
(A)鈀在W(112)平台………………………………………………28
(B)鈀在W(110)平台………………………………………………32
(C)鈀在W(111)平台………………………………………………32
3-3 鈀吸附原子在台階邊緣的下行運動………………… 35
(A)鈀在W(111)平台………………………………………………35
(B)鈀在W(112)平台………………………………………………36
(C)鈀在W(110)平台………………………………………………36
3-4 鈀吸附原子在W(111)台階的原子過程……………… 42
(A)上行運動………………………………………………………42
(B)鈀吸附原子在台階邊緣的脫離運動…………………………45
(C)W(111)表面自由能造成的能量梯度…………………………47
(D)鈀在W(111)台階附近的能量…………………………………48
(E)利用原子過程解釋金字塔結構的形成………………………48
第四章 金字塔結構的探討及應用
4-1 金字塔的結構………………………………………… 51
(A) 具單原子尖端的金字塔結構……………………………… 51
(B) 雙金字塔…….………………………………………………55
4-2 單原子金字塔結構的應用…………………………… 56
(A)漸尖形的鎢針…………………………………………………56
(B)突尖形的鎢針…………………………………………………58
(a)多晶的鎢線材………………………………………………58
(b)(111)單晶鎢線材………………………………………… 58
第五章 結論…………………………………………………… 61
參考資料………………………………………………………… 63
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