그림 21은 깨끗한 Si(001)2×1 표면 위에 MB 분자를 포화 흡착시킨 후 XPS로 측정한 S 2p와 O 1s의 핵심부 준위 스펙트럼과 fitting 결과이다. 가 능한 한 표면에 민감한 스펙트럼을 얻기 위해 방출각을 70°로 하였다. 두 스 펙트럼에서 흰 원은 측정 결과이고 한 가지 성분 (점선)으로 fitting한 결과 (실선)가 측정한 스펙트럼과 잘 일치하였다.
Fitting 변수는 Gaussian width를 1.3 eV, Lorentzian width를 100 meV로 두 스펙트럼에 모두 적용시켰다. S 2p XP 스펙트럼의 경우 spin-orbit splitting을 1.15 eV, branch ratio는 1:0.5 로 하였다 [36].
결합을 형성한다. 따라서 그림 21(b)의 스펙트럼에서 O 원자 역시 Si 원자와
그림 23(a)은 깨끗한 Si(001)2×1 표면 위에 MB 분자를 실온에서 포화 흡 착시킨 후 관찰한 LEED 무늬이다. 2×1 구조가 뚜렷하게 나타나는 것으로 보아 MB 분자는 표면 구조를 유지하면서 dimer 위에 그대로 흡착된다는 것 을 알 수 있다.
이런 흡착이 가능한 이유를 두 가지로 생각해 볼 수 있는데, 첫째는 SH 기와 OH 기의 반응성이 비슷하여 Si과 강한 화학 결합을 형성하는 것이고 둘째는 분자의 길이에 의한 것이라고 볼 수 있다. MB 분자는 짧은 길이에 의해 수직보다는 양쪽 작용기가 DB와 결합함으로써 표면에 평행하게 흡착되 었을 것으로 추측된다. SAM 실험 결과에서도 alkyl chain은 그 길이가 길어 질수록 원자 상호간의 van der Waals 힘이 강해져 수직 배열이 더욱 증가한
다고 알려져 있고, alkyl chain 길이가 짧은 경우 용액에서는 수직하게 배열 하지만 진공 용기 안에서는 표면에 평행하게 배열된다는 실험 결과가 보고 되었다 [43]. 그리고 6-6.5 Å에 해당하는 MB 분자의 길이를 고려해 볼 때 dimer의 길이는 2.3 Å, 이웃 dimer와의 사이는 5.38 Å이므로 MB 분자는 한 dimer 위에 흡착하기보다는 그림 5(b)와 같이 두 dimer 사이에 걸쳐 흡착하 였을 것으로 예상된다.
다음은 Si(001)2×1 표면에 수평으로 흡착된 MB 분자의 해리 및 탈착 메커 니즘에 관하여 살펴보고자 한다.
그림 24는 기질 온도의 증가에 따른 흡착된 MB의 변화를 XPS의 peak 세 기 변화로 도시하였고 LEED 무늬의 변화에 근거하여 크게 세 부분으로 나 누어 보았다. 그리고 MB 분자의 노출량에 따른 C 1s 스펙트럼의 세기를 도 시하여 포화 흡착하는 노출량을 확인하였다. 첫 번째 영역 (Ⅰ)인 200 °C 이 하에서는 XPS 각 성분의 peak 세기나 LEED 무늬가 큰 변화를 나타내지 않 았다. 두 번째 영역 (Ⅱ)인 200-400 °C에서는 C 1s peak의 세기가 급격하게 감소하면서 2×1 구조를 나타내었던 LEED 무늬에서 회절점들의 강도가 약해
지고 1/2 회절점들이 사라지면서 1×1 구조에 가까운 형태를 나타내었다. 400
°C에서 C 1s의 세기는 급격하게 감소했지만 S 2p나 O 1s peak의 세기는 큰 변화가 보이지 않았다. 마지막 영역 (Ⅲ) 즉 500 °C 이상에서는 C 1s 의 세 기가 약간 더 감소하면서 그림 23(b)에서 보이듯이 매우 뚜렷한 c(4×4) 구조 가 관찰되었다. 이 표면 구조는 보통 SiC가 형성되는 초기에 주로 나타나는 구조인데 뒤에 좀 더 자세히 논하겠다. 500 °C에서 S 원자의 탈착이 먼저 일 어나고 약 600 °C에서는 O 원자가 탈착한다.
C의 양이 급격히 감소하는 부분에서 어떤 분자들이 탈착하는지 알아보기
한쪽 작용기와 해리한 C 원자가 새로 생긴 Si DB와 결합을 형성할 수 있을 것이다.
MB 분자의 탈착 과정을 정리해 보면 다음과 같다.
200-400 °C 영역에서의 변화를 정리해 보면 다음과 같다. 첫째, C 1s peak 의 세기가 크게 감소하면서 Si-C 결합의 세기가 크게 증가한다. 이것은 250
°C에서 butene으로 탈착하는 TDS 결과와, Si-C 결합을 설명할 수 있는 1×1
구조의 LEED 무늬 관찰과 일치하는 결과이다. 둘째, C 1s peak의 세기가 더