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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:馮國書
研究生(外文):Kuo-shu Feng
論文名稱:吸附在Si(111)-7×7表面之CF4-nCln(n=1~3)分子受19~40eV光子激發之解離研究
論文名稱(外文):Photolysis Studies of CF4-nCln (n=1~3) adsorbed onSi (111)-7×7 by using 19~40 eV photons
指導教授:溫清榕
指導教授(外文):Ching-Rong Wen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:物理學系碩博士班
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:同步輻射光解脫附光電子能譜光子激發脫附
外文關鍵詞:CF2Cl2CF3ClCFCl3PESPSD
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我們在新竹國家同步輻射研究中心以同步輻射光為光源,探討吸附在半導體基材Si(111)-7×7的三種分子 (CF3Cl、CF2Cl2與CFCl3 ),在溫度為30 K之下受到同步輻射光照射後所引發的一系列物理與化學特性。
首先我們以入射光子能量為29 eV,分別照射在注入量為0.3×1015分子/平方公分的CF3Cl/Si(111)表面上,注入量為0.2×1015分子/平方公分的CF2Cl2/Si(111)表面上,注入量為0.1×1015分子/平方公分的CFCl3/Si(111)表面上,獲得一系列的光電子能譜(PES)隨著時間變化的譜圖,然後加以分析光電子譜圖上出現的各個譜峰(peak)隨著光子照射時間而變化的意義,並且比較了三種分子譜圖上的光解截面之大小與其物理意義。
接著我們使用能量在19~40 eV區間連續掃描,間隔為0.1 eV的單色同步輻射光掃描兩種注入量(次單層0.3×1015分子/平方公分與多層0.8×1015分子/平方公分)的CF3Cl/Si(111)表面,取得一系列針對F+離子的光子激發脫附譜之譜圖,然後討論譜圖上對於F+離子脫附信號隨著光子照射時間增強的物理機制。
最後我們將注入量為0.3×1015分子/平方公分的 CF3Cl表面由實驗所得到的PSD譜圖與J.A. Yarmoff實驗團隊的研究成果[25]相比較,提出F+離子之脫附能閾隨著光子照射時間增加而變化的原因與F+離子如何從基材表面脫附的機制。
We use monochromatic synchrotron radiation in Shinchu NSRRC (National Synchrotron Radiation Research Center) as the light source to investigate the physical and chemical characters on the surface of Si(111)-7×7 at temperature 30 K, which dosed with CF3Cl、CF2Cl2 and CFCl3 molecules, respectively.
At first we use 29 eV photon to incident three different surface:0.3×1015molecules/cm2 CF3Cl、0.2×1015 molecules/cm2 CF2Cl2 and 0.1×1015molecules/cm2 CFCl3 dosed on the substrate Si(111)-7×7.
We obtain a series of sequential PES spectrum from the three surfaces, and we can analysis their peaks from these data. We further discuss by comparing their photolysis cross section between three series of sequential PES spectrum of CF3Cl、CF2Cl2 and CFCl3 dosed on the Si(111)-7×7 surface to study for the physical properties.
Next we use 19~40 eV photon to do a continuous scan on two different surfaces, submonolayer(0.3×1015molecules/cm2) and multilayer (0.8×1015molecules/cm2) CF3Cl dosed on Si(111)-7×7, the scan interval is 0.1 eV.
Then we obtain a series of continuous F+ PSD spectrum from the two surfaces, and then we discussing the physical mechanism of why F+ signal will increase with photon exposure.
At last, we compare our data with J.A. Yarmoff’s research group[25], and we present the reason of why F+ threshold in the PSD spectrum will change with photon exposure and how it desorb from the substrate Si(111)-7×7.(CF3Cl dose= 0.3×1015molecules/cm2)
目 錄
摘 要………………………………………………………………........Ⅰ
誌 謝.........................................................................................................V
目錄………………………………………………………………….....VI
圖目錄………………………………………………………………......IX
第一章 前言………………………………………………………..........1
第二章 光電子譜技術之基本原理………………………………..........3
2.1 簡介……………………………….……………………..........3
2.2 光電子譜技術(PES)……….…………………………..….......3
2.3 光源……………………………………………………...…... 8
2.4 PES之分類、特性及應用………………………….…..………8
第三章 光子激發脫附之基本原理………………………………........11
3.1 簡介……………………………………………………….....11
3.2 脫附機制(Desorption Mechanism)……………………….....12
3.2.1 MGR(Menzel-Gomer-Redhead)模型…………………...12
3.2.2 KF(Knotek-Feibelman)模型…………………………….13
3.2.3 AID(Auger Induced Desorption)模型…………………..14
3.2.4 DI(Dissociative Ionization)機制…………………....…...16
3.2.5 DD(Dipolar Dissociation)機制…………….……...….....17
3.2.6 DA(Dissociative Electron Attachment)機制…………….18
3.3脫附截面積(desorption cross section)與影響脫附之因素…
..........................................................................................................18
第四章 同步輻射光源……………………………………………........28
4.1 簡介……………………………………………………….....28
4.2 同步輻射設備…………………………………………….....28
4.3 同步輻射光的特性……………………………………….....32
第五章 實驗系統簡介..................................................................... ......37
5.1.1 …同步輻射光…………………………………...................37
5.1.2 光束線(Beam Line)……………………………................38
5.1.3 實驗儀器…………………………………………………38
5.2 實驗方法………………………………………………...42
5.2.1 超高真空(UHV)環境的產生…………………………….42
5.2.2 樣品之處理方式…………………………………………43
5.2.3 光子激發脫附的測量……………………………………44
第六章 結果與討論……………………………………………............50 6.1 CF4-nCln(n=1~3)分子受光子照射後的一系列連續時間光電子譜圖…………………………………………………………………..……51
6.2 CF4-nCln(n=1~3)分子之光解截面(photolysis cross section)的取得與討論………………………………………………………………………..55
6.3 CF3Cl/Si(111)-7X7的連續時間光子激發脫附譜 (PSD spectrum)
…………………………………………………………………………..58
6.3.1 兩種注入量下的光子激發脫附譜………………………………59
6.3.2.光子激發脫附譜的脫附能閾變化之探討……………………….63
第七章 結論............................................................................................78
A. 光電子能譜(PES)....................................................................78
B. 光子激發脫附譜(PSD)............................................................80
參考文獻..................................................................................................81











圖 目 錄
圖(2-1):光子動能之示意圖,Evac與EF之能量差即為表面功函數。.......6
圖(2-2):PES之電子能量分佈圖(EDC)。…………………………..........7
圖(3-1):光子激發脫附(PSD)分析技術。………………………...…….21
圖(3-2):反共價鍵結軌道與共價鍵結軌道之電子結構。…………......22
圖(3-3):共價鍵結與反共價鍵結之位能曲線。………………………..23
圖(3-4):高度離子性的化合物之歐傑過程。……………………..…....24
圖(3-5):典型的歐傑電子產生過程。......................................................25
圖(3-6):共振的歐傑電子產生過程。其中遞補核層孔洞的電子為原先  由核層被激發到價帶的電子,此稱為participant Auger process。……………………………………………….….......26
圖(3-7):共振的歐傑電子產生過程。其中遞補核層孔洞的電子為價帶電子,此稱為spectator Auger process。……………...……....27
圖(4-1):新竹同步輻射中心注射器與儲存環配置圖。………..……....35
圖(4-2):光束線之部份光學元件配置與功能。………………...……...36
圖(5-1):1m-SNM光束線的光通量參考圖…………………………….45
圖(5-2):SRRC 1m-SNM光束線光學系統設計原理。M1為平面鏡,M2為圓環面鏡,M3、M4為圓柱面鏡,S1、S2為入口、出口狹縫,G為球面光柵,D為樣品位置。………………......…...46
圖(5-3):超高真空系統。…………………………..………………........47
圖(5-4):電子能量分析儀之半球形偏轉器。……………………..…....48
圖(5-5):光子激發脫附實驗系統示意圖。………………………...…...49
圖(6-1):能量為29 eV的入射光子照射在CF3Cl分子注入量為0.3X1015分子/平方公分的Si(111)-7X7表面上,測得一系列隨光子曝露量而變化的光電子能譜。....................................................66
圖(6-2):能量為29 eV的入射光子照射在CF2Cl2分子注入量為0.2X1015分子/平方公分的Si(111)-7X7表面上,測得一系列隨光子曝露量而變化的光電子能譜。....................................................67
圖(6-3):能量為29 eV的入射光子照射在CFCl3分子注入量為0.1X1015分子/平方公分的Si(111)-7X7表面上,測得一系列隨光子曝露量而變化的光電子能譜。....................................................68
圖(6-4):將圖(6-1)(a)、圖(6-2)(a)、圖(6-3)(a)與乾淨的Si(111)-7X7基材表面比較。
..................................................................................................................69
圖(6-5):將長時間照射光子之後的最後一張譜圖,也就是圖(6-1)(f)、圖(6-2)(f)以及圖(6-3)(f)與(d)Si-Cl的光電子譜圖[20],(e)Si-C的光電子譜圖[21]與(f)Si-F的光電子譜圖[22]互相比較。
..................................................................................................................70
圖(6-6):以29 eV能量光子入射三種分子表面之後,取出特定譜峰隨著光子曝露量增加而衰減的情況。............................................................................................71
圖(6-7):以能量範圍19~40 eV的光子照射在CF3Cl注入量為0.3X1015分子/平方公分的表面上,隨著光子曝露量增加而改變的一系列F+光子激發脫附譜。............................................................................................72
圖(6-8):以能量範圍19~40 eV的光子照射在CF3Cl注入量為0.8X1015分子/平方公分的表面上,隨著光子曝露量增加而改變的一系列F+光子激發脫附譜。............................................................................................73
圖(6-9):基材間接解離之解離性電子附著(DA)的過程圖,以及F-離子與表面Si原子形成Si-F之鍵結;
..................................................................................................................74
圖(6-10):基材間接解離之雙極解離(DD)的過程圖,以及F-離子與表面Si原子形成Si-F之鍵結;
..................................................................................................................75
圖(6-11):(a)為圖(6-7)(a)放大15倍之後的信號;(b)為圖(6-7)(f);(c)為J.A. Yarmoff所做,XeF2/Si(111)的F+離子激發脫附譜。
..................................................................................................................76



圖(6-12):J.A.Yarmoff所提出的表面SiF受到入射光子激發之後如何形成Si+-F+的終止態,並且經由帶正電孔洞的互相排斥效應而產生F+離子的脫附示意圖。…………………………………......................................77
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