5. 1. IDMS(Integrate Desorption Mass Spectrum) 결과
Methanol 역시 시료에 흡착시키기 전에 확인한 methanol의 quadrupole mass spectrum을 보면 alcohol이 quadrupole mass spectrometer의 이온충격에 의해 cracking될 때 특징적으로 발생하는 m/q(질량 대 전하비)=31(CH2OH)의 fragment 가 역시 methanol에서도 나타나는 것을 확인할 수 있고, methanol의 전체적인 cracking pattern이 reference와 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
시료의 온도를 일정한 속도(1K/s)로 증가시키면서 시료에서 탈착되어 나오는 화학종을 확인하기 위해 모든 가능한 각각의 m/q를 시간에 따라 분압의 변화를 측정하고, 그렇게 얻은 TDS spectrum을 적분해 IDMS을 얻었고, 이 IDMS와 일 치하는 화학종을 찾기 위해 reference를 조사해 본 결과 단일 화학종 중에서는 열 탈착에 의한 IDMS spectrum과 일치하는 화학종을 찾을 수가 없었다. 따라서 탈 착가능한 mechanism을 확인해 가장 탈착가능성이 높은 몇 가지 화학종의 reference상의 spectrum을 일정한 비율로 더해 측정에서 얻은 spectrum과 비교해 보았다.
다음의 Figure 30.에서 β위치의 hydrogen이 제거되면서 탈착될 수 있는 formaldehyde와 표면의 hydrogen의 이동에 의해 탈착될 수 있는 methane의 spectrum을 약 2 : 1의 비율로 더했을 때의 spectrum을 측정에서 얻은 IDMS와 비교해 보니 매우 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 앞의 neopentanol 에서의 결과와 같이 수소제거반응에 의한 탈착반응경로와 수소이동반응경로에 따 른 formaldehyde와 methane이 약 2 : 1의 비율로 탈착되는 것으로 결론을 얻을 수 있었다.
5 10 15 20 25 30 35 40
Measured mass spectrum of metanol
5 10 15 20 25 30 35 40
Intergrated desorption mass spectrum for methanol on Si(100)
5 10 15 20 25 30 35 40
Measured mass spectrum of metane
5 10 15 20 25 30 35 40
Measured mass spectrum of formaldehyde
5 10 15 20 25 30 35 40
In te ns it y( ar b. uni ts )
mass(m/q)
methane + formaldehydeX2
Figure 30. Integrate Desorption Mass Spectrum of methanol
300 400 500 600 700 800 900
formaldehyde (m/q = 29)
methane (m/q = 16)
methanol (m/q = 32)
H2 (m/q = 2)
Intensity(arb.units)
Temperature(K)
5. 2. TDS(Thermal Desorption Spectroscopy) 결과
IDMS를 얻기 위해 확인한 TDS 실험의 결과를 살펴보면 methanol을 흡착시켰 을 때 탈착되는 화학종에서는 methanol의 molecular peak인 m/q=32(CH3OH)의 fragment가 시료의 가열에 따라 증감없이 일정한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 methanol이 분자상태 그대로 탈착되는 것은 아님을 알 수 있다. formaldehyde의 major peak인 m/q=29(CHO)와 methane의 molecular peak인 m/q=16(CH4)은 약 510K의 온도에서 최대탈착을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
또한 silicon 표면의 수소(m/q=2 ; H2)는 monohydride 상태로 Si(100)에 흡착되 어 있던 수소가 탈착하는 온도인 약 790K에서 최대탈착을 보이는 것으로 보아 Si 표면에 monohydride 상태로 존재했던 것을 확인할 수 있다(Figure 31.).
Figure 31. Thermal Desorption Spectrum of methanol
5. 3. LEED(Low Energy Electron Diffraction) 결과
Alcohol들의 흡착 전에 깨끗한 Si(100)표면의 확인을 위해 LEED pattern이 2×
1이 나오는지를 확인하였고 methanol을 흡착시킨 후 LEED pattern은 T. Bitzer의 연구결과와 마찬가지로 background가 diffuse한 2×1의 LEED pattern을 얻을 수 있었다. 따라서 T. Bitzer의 연구결과와 마찬가지로 alcohol(methanol)의 흡착이 -OH group의 deprotonation에 의한 methoxy species와 silicon hydride species로 의 흡착을 확인하였다. 기질의 온도를 methoxy species가 앞의 IDMS 결과와 TDS 결과에 비추어 탈착이 이루어진 온도인 520K까지 가열해 methoxy species 의 탈착을 시킨 후 다시 실온으로 온도를 내려 확인한 LEED pattern은 흡착시킨 후에 확인했던 것 보다 더욱 diffuse해진 것을 확인할 수 있었다. 또한 H2가 탈착 되는 온도인 790K보다 높은 온도에서 확인한 LEED pattern은 methoxy species 를 탈착시킨 후보다 더욱 선명해지는 것을 확인할 수 있었고, 표면 재배열의 과정 인 annealing했던 온도인 1080K에서 Si(100)표면은 실험 전에 확인했던 깨끗한 Si(100)표면의 LEED pattern에 가깝게 선명한 pattern을 얻을 수 있었다(Figure 32.).
Clean Si(100)-2X1 520K 1080K
Adsorption of methanol on Si(100)-2X1 800K
Clean Si(100)-2X1 520K 1080K
Adsorption of methanol on Si(100)-2X1 800K
Figure 32. LEED pattern of methanol
350 400 450 500 550 600 650 700
500L
300L 100L 80L 50L 20L
Intensity(arb.units)
Temperature(K)
5. 4. Coverage Test 결과
Methanol의 노출량을 50L, 100L, 300L, 500L, 700L, 900L, 1200L로 각각 노출을 다르게 해 탈착량을 확인해 보았다(Figure 33.).
노출량을 증가함에 따라서 증가하던 탈착량이 300L부터는 거의 증가하지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 Si(100)의 표면이 약 500L정도의 노출량이면 충분히 포화된다는 것을 알 수 있었다(Figure 34.).
Figure 33. Coverage of methanol
0 100 200 300 400 500
Desorption yield(arb.units)
Exposure(Langmuir)
Figure 34. Coverage curve of methanol
OH
Figure 35. Desorption mechanism of 1-pentanol and 2-methyl-1-butanol