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研究生:翁文記
研究生(外文):Weng Wen-Ji
論文名稱:鎢表面上單原子與原子團動態之研究
論文名稱(外文):The dynamic study of atoms and clusters on W surfaces
指導教授:傅祖怡
指導教授(外文):Fu Tsu-Yi
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣師範大學
系所名稱:物理學系
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:場離子顯微鏡原子擴散原子團擴散單原子針尖鎢(111)磊晶成長
外文關鍵詞:Field ion microscopyatom diffusionclusters diffusionsingle atom pyramidal tiptungsten surfacesepitaxial metal growth
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  本研究中,我們利用場離子顯微鏡觀察銥吸附原子、鎢原子團、及鎢台階邊緣原子在鎢表面的擴散運動。實驗結果得到銥吸附原子在W(211)、W(110)、W(111)平台上的擴散活化能分別為0.66±0.03eV、0.95±0.04eV、1.56±0.01eV;而銥吸附原子在W(111)平台邊緣的擴散活化能則約為1.41±0.1eV。
  鎢原子團在W(111)平台上的擴散模式主要有兩種類型:一種為基本的單一原子跳躍模式,另一種則為邊緣原子整排的滑動模式,而根據實驗研究的結果顯示,此兩種模式是並行產生的;鎢原子團的擴散活化能會隨著原子團的增多而有振盪和增加的趨勢;我們也觀察到鎢原子團在W(111)切面上所呈現的多樣化形貌,而且原子團以二維方式的排列會較一維方式排列穩定;不論原子個數為多少的原子團,其形貌以緊密狀結構出現的機會也會較直鏈狀結構頻繁。當三、六顆原子團在呈現正三角形的形貌時,會較其他種形貌穩定而難以改變其結構。
  最後我們針對W(111)切面上平台邊緣原子的擴散行為進行研究,並將各種動態行為的發生做溫度上的定位;由於W(111)是呈現三對稱的切面,若平台是以三對稱的形貌出現或是沒有邊緣原子的存在,會較為穩定不易發生形貌上的轉變。
 In this study, the diffusion dynamics of individual Ir adatoms, W clusters, and W edge atoms on the W surfaces has been investigated by field ion microscopy. The activation barriers for the terrace diffusion of Ir adatoms on W(211), (110) and (111) surfaces are determined to be 0.66±0.03eV、0.95±0.04eV、1.56±0.01eV, respectively. The activation barrier of Ir adatoms diffusion along the W(111) edges is about 1.41±0.1eV.
 There are two major types for W clusters diffusion on W(111);One type is the atomic hopping of singular atoms, the other type is the edge sliding of whole atom lines. From the analysis of appearance probability the two types are equal. The activation energy of W clusters diffusion on W(111) surfaces as a function of cluster size has oscillatory and increasing behaviors. We observe the various shapes of W clusters and find that the two-dimensional W clusters on W(111) surfaces are more stable than one-dimensional clusters. No matter what the number of atoms in the clusters is the close compacted configurations are observed more frequently than the chain configurations. When trimer and hexamer show the equilateral triangle shapes, they will be more stable than other kinds of shapes.
 Finally, we investigate into the behavior of the edge atoms of W clusters on W(111) surfaces. We locate the occurrences of the different dynamic behaviors on the temperature scale. Because the W(111) surface is a three symmetrical plane, the terrace with three symmetrical shapes or without edge atoms is more stable and changed its shape difficultly.
第一章 簡介.................... 1
1-1 表面科學與研究動機 ...........1
1-2 表面原子的動態................3
1-3 場離子顯微鏡..................9

第二章 實驗原理.................10
2-1 成像原理.....................10
2-2 場離子化機制.................12
2-3 場蒸發與場退吸附原理..........15
2-4 場離子影像說明................17

第三章 實驗儀器.................19
3-1 真空系統.....................20
A.真空幫浦.......................20
B.殘氣分壓分析儀..................20
3-2 成像系統.....................22
A.樣品的製備.....................22
B.成像氣體.......................24
C.影像亮度放大電路................25
D.影像記錄.......................26
3-3 高壓電源.....................27
3-4 低溫裝置.....................27
3-5 其他裝置.....................28
A.脈衝加熱器.....................28
B.蒸鍍裝置.......................28

第四章 實驗數據分析方法..........29
4-1 吸附原子擴散活化..............29
4-2 原子團的擴散活化能............29
4-3 原子團穩定態的位障能差.........30

第五章 實驗分析與討論............31
5-1 銥吸附原子在平台上的擴散運動....31
A.銥在W(211)平台..................32
B.銥在W(110)平台..................35
C.銥在W(111)平台..................38
D.銥原子沿W(111)平台邊緣的運動......40
5-2 鎢原子團在W(111)切面上的擴散運動.41
A.鎢原子團的擴散活化能..............43
B.鎢原子平台邊緣原子的運動...........56
5-3 鎢原子團的穩定態形貌............58
A.單顆............................58
B.三顆............................60
C.二顆............................61
D.四顆............................62
E.五顆............................64
F.六顆............................67
G.七顆............................68
H.綜合整理.........................69
5-4 對鎢(111)切面的觀察.............70
A.平台邊緣原子的擴散................70
B.脫離運動.........................71
C.下行運動.........................71
D.上行運動.........................72
E.上行和下行運動....................72

第六章 結論 ......................75
6-1 銥吸附原子在鎢表面上的擴散........75
6-2 鎢原子團在W(111)切面上的擴散及穩定態.76
6-3 W(111)切面各種動態的溫標.........77

Reference..........................78
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