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《厦门大学》 2007年
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Si(111)-7×7表面Au微观结构及形成机制

周颖慧  
【摘要】: Si作为最重要的半导体材料,其表面结构及外延生长一直是人们关注的研究课题。鉴于Au/Si界面在电子器件和表面催化等方面的广泛应用,深入了解其微观结构和特性具有重要的意义。本论文结合超高真空扫描隧道显微镜、第一性原理计算以及动力学蒙特卡罗模拟方法,对Au在Si(111)-7×7表面上的结构性质及其形成机制进行了系统的研究。 首先,针对Au原子在Si(111)-7×7表面的吸附形态,我们采用扫描隧道显微镜进行观测,结果显示室温下快速扩散的Au原子在78K低温下表现为7×7半单胞内的单个亮点。我们采用第一性原理计算方法,比较分析了不同吸附模型的能量稳定性和电子结构,并进行STM图像模拟,确定了Au原子在7×7表面的稳定吸附位置为顶戴原子附近的高配位。此外,通过测量吸附位置上的扫描隧道谱,并结合局域态密度计算可知,Au原子及其邻近的Si顶戴原子对费米能级两侧态密度的贡献显著不同,造成了吸附表面在正负偏压下STM图像的差异。 对表面Au团簇结构的实验和理论研究表明,Au原子间的相互作用有利于其相对集中地吸附在7×7半单胞内靠近中心顶戴原子的六个高配位上,形成中空的平面六角团簇结构。团簇的生长通过Au原子在7×7表面上的迁移、扩散、成核、聚集等行为来描述,采用蒙特卡罗方法模拟其形成和演化过程,结果表明扩散为决定Au团簇形态和分布最重要的物理机制,导致了不同覆盖度和温度条件下Au团簇尺寸和空间分布的差异。模拟结果为实现团簇的可控生长提供了理论依据。 为制备有序晶格结构,我们通过实验研究考察了生长条件对Au/Si(111)表面相的影响。经过高温处理后,表面上Au和Si原子相互扩散,重新排列形成了各种不同的表面再构。经低温快速退火处理,Au原子在表面上的排列受到衬底的作用,延续了7×7表面的周期结构。通过精确控制沉积量和退火过程,我们得到了完整的周期排列的Si(111)-7×7-Au网状结构表面。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O484.1

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【参考文献】
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