Si(100)8 ý 2 × 1 → 2 × n → c(4 × 4) ºV ê s ¹ ÅT ; c  \ ¥ m× D ¤} º Ä Z Ø ô p §8 ý
Çù o ÚV R Ë ì Å
T
Ú x · * > x · ç ¡ ¦ · T # Ü · ¤# Ü · ~ ç ¡) o ? ∗
[ j@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-710
(2007¸ 10 Z 4 30{ 9 ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x : r 2007¸ 12 Z 4 28{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
Si(100) ³ ð s 2 × 1 → 2 × n → c(4 × 4) Ð_ F ½ ¨ ¸ { 9 # Q H ³ ð : r ¸ü < & h ] X ô Ç ò ø Í è_ ª ` ¦
¸ l 0 A # , ³ ð ì r$ 3 © u RHEED(Reflection High Energy Electron Diffraction) Ð z ´+ « >
%
i . ¢ ¸ô Ç UHV chamber ? /\ " f Ð É r ò ø Í oà º è ì r \ 9 E $ (C
2H
4) õ [ j 9 E $ (C
2H
2) l ^ \ ¦ r
« Ñ ³ ð 0 A\ Í Ò 9× ¦ Ã º e H l ^ ì r © u \ ¦ Â Ò Ã Ì % i . í ¦ / B N \ " f Si(100)\ ¦ 1000∼1200 ℃
s \ " f à º íç ß flashing # L : F M ô Ç 2 × 1 buckled dimer½ ¨ ¸\ ¦ % 3 % 3 . s Ê ê r « ѳ ð : r ¸ 650℃
\
" f \ 9 E $ l ^ _ ì r | ¾ Ó` ¦ or v " f ì r f ¨ Ã Ìõ & ñ ` ¦ ' ¬ IÜ ¼ 9 © : r \ " f_ RHEED r] X Á º ]
(\ ¦ ' a ¹ 1 Ï < ÊÜ ¼ Ð" f c(4 × 4) F ½ ¨ ¸\ © & h ] X ô Ç C-atom_ ª ` ¦ S X % i . ¢ ¸ô Ç f ¨ Ã Ì\ -t _ ß
¼l É r \ 9 E $ õ [ j 9 E $ l ^ \ ¦ s 6 x # ½ ¨ ¸ © s õ & ñ ` ¦ q § < ÊÜ ¼ Ð" f Si(100)_ ½ ¨ ¸ ©
s \ © & h ] X ô Ç C-atom_ W = e Ö ¦ õ ¿ º l ^ ç ß ³ ð ½ ¨ ¸ © s õ & ñ _ ´ òÖ ¦$ í s \ ¦ S X ½ + É Ã
º e % 3 .
PACS numbers: 61.14.Hg, 61.72.Ss
Keywords: Si(100), RHEED, ò ø Í oà º è, F ½ ¨ ¸, ½ ¨ ¸ © s
I. " e  ] Ø
¦^ ³ ð & ³ © \ @ /ô Ç ½ ¨ H í ¦ / B N l Õ ü t x 9 ì r$ 3
© q _ µ 1 Ï Ü ¼ Ð / å L5 Å q y > ÷ &% 3 . 2 " é ¶& h ³ ð
& ³ © É r 3 " é ¶& h ? /Â Ò & ³ © Ü ¼ Ð H [ O " î ½ + É Ã º \ O H D h
Ðî r Ó ü t o & h , o < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ t ¦ e . s Qô Ç & ³ ©
`
¦ s K l 0 AK " f H ¦^ ³ ð _ o < Æ& h ¸$ í , " é ¶ C
\ P
x 9 ½ ¨ ¸ 1 p x \ @ /ô Ç t d s 9 כ ¹ . ³ ð \ " f
± ú Ã º e H # Q t & ³ © ` ¦ s K l 0 AK " f H Ä º
³
ð " é ¶ [ þ t _ © @ /& h 0 Au x 9 / B N ç ß & h C \ P , Õ ªo ¦ ½ ¨$ í
$ í
ì r` ¦ · ú ? / H כ s × æ כ ¹ . ³ ð ` ¦ ' a ¹ 1 Ï H # Q
© q [ þ t × æ ` ¦ ¦^ ³ ð \ { 9 r v H RHEEDZ O
É
r © s  ú ª É r ¦ \ -t \ ¦ ³ ð \ Å Ò ± ú É r y ¸
Ð { 9 r ( Ü ¼ Ð" f H r] X Á º] (\ ¦ : x K ³ ð ½ ¨ ¸
\
¦ ' a ¹ 1 Ï H ì r$ 3 © q s . M :ë H \ Z } É r ì r K 0 p x õ " î ô
Ç © ` ¦ ' a ¹ 1 Ͻ + É Ã º e ` ¦ ÷ r ë ß m , r] X ì ø Í& h _ ¸ ª õ
µ 1 ßl o\ ¦ s 6 x # ³ ð 0 A\ 3 " é ¶ Ü ¼ Ð $ í © ô Ç p [
j & ñ _ ' a8 £ ¤ ¸ 0 p x [1]. þ j H õ < Æl Õ ü t& h 8 £ ¤
\
" f × æ כ ¹ô Ç Si(100)³ ð _ : £ ¤$ í É r z ´+ « >õ s : r ¸ H ì r
\ " f ´ ú § É r ½ ¨ ' × æ \ e Ü ¼ 9 ¢ ¸ô Ç Si(100)_
∗
E-mail: [email protected]
ª ô Ç ½ ¨ ¸ © s \ @ /ô Ç ½ ¨ H f t Ö ¸ µ 1 Ï > '
× æ \ e . : £ ¤ y c(4 × 4) F ½ ¨ ¸\ @ /ô Ç ½ ¨ H s p
# Q ½ ¨ [ þ t \ _ K ª ô Ç s : r& h ¸4 S qõ z ´+ « >& h
~
½ ÓZ O ` ¦ : x # Ã º' ÷ &# Q M ® o . Si dimer\ @ /ô Ç ½ ¨ H Pandey _ s : r& h \ V8 £ ¤ [2]` ¦ r Ü ¼ Ð dimer_ C \ P õ í
H Ã ºô Ç z ´o B H l ó ø Í\ > r F H < Ê (defects)\ l í
#
] jî ß ÷ &# Q4 R M ® o Ü ¼ 9 LEED ½ ¨\ ¦ l í Ð ô Ç Wangõ 1
l
x « Ñ[ þ t É r c(4 × 4) ½ ¨ ¸ missing dimer defects_ C \ P Ð Â
Ò' ¸ H Ã º& ñ ) a π-bond < Ê ¸4 S q` ¦ ] jî ß Ù þ ¡ ¦ [3], Uhrberg ü < 1 l x « Ñ[ þ t É r STM õ ^ \ -t > í ß _ ' Í P
: " é ¶ o \ ¦ s 6 x K ad-dimer, mixed ad-dimer model` ¦ ] j î
ß l ¸ Ù þ ¡ [4]. ÷ r ë ß m Goryachkoü < 1 l x « Ñ[ þ t É r mixed ad-dimer\ ¦ [ O " î l 0 AK STM` ¦ s 6 x ô Ç c(4×4) F
½ ¨ ¸_ ± ú É r @ /g A$ í ` ¦ ] jî ß % i ¦ [5] ^ ô Ç^ o = ~ Ã Ì ü <
1 l
x « Ñ[ þ t \ _ K Si(100)\ µ 1 ÏÒ q t H DV41 _ % ò ¾ Óõ 4 P
: 8 £ x _ C-atom D ¥{ 9 \ _ ô Ç c(4 × 4) F ½ ¨ ¸_ ½ ¨
õ \ ¦ : x K Si(100) c(4 × 4) F ½ ¨ ¸_ " é ¶ s C-atom_
% ò
¾ Óe ` ¦ 7 £ x" î % i [6]. ¢ ¸ô Ç, 2 × 1 õ c(4 × 4) F ½ ¨
¸ s \ " f ' a8 £ ¤ ÷ &# Q M ® o~ 2 × n F ½ ¨ ¸ ¸ C-atom_ D ¥ { 9
\ _ ô Ç z ´o B H ³ ð _ ½ ¨ ¸ + þ Ae s S X ÷ &% 3 [7].
s
Qô Ç Å Ò © [ þ t` ¦ C â Ü ¼ Ð : r z ´+ « >\ " f H c(4 × 4) F ½ ¨
¸_ " é ¶ s C-atom_ % ò ¾ Óe ` ¦ S X ¦ © & h ] X ô Ç
-8-
C-atom _ ML (monolayer)° ú כ` ¦ \ 9 E $ õ [ j 9 E $ l ^
\
¦ ì r < ÊÜ ¼ Ð" f % 3 # Qè q à º e % 3 Ü ¼ 9 ¿ º l ^ _ ML ° ú כ õ
s : r& h Ü ¼ Ð > í ß ÷ &# Q f ¨ Ã Ì\ -t ü < q § # ½ ¨ ¸
© s _ ´ òÖ ¦$ í s \ ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 [8,18].
II. ÷ m Ç] M öX ê sV õ m Í U ê s0 n É
1. ÷ m Ç] M öX ê sV
z
´+ « >õ & ñ \ e # Q í ¦ / B N` ¦ Ä »t l 0 AK " f Ð' o
*
3 á Ô (Rotary pump), ' Ð ì r * 3 á Ô (Turbo molecular pump) ü < s : r* 3 á Ô (Ion pump)\ ¦ # s 6 x % i .
í ¦ / B N6 x chamber ? /Â Ò\ H í ¦ / B N` ¦ S X l 0 A ô
Ç ¾ º× ¼+ þ A Ion gauge, ò ø Í oà º è l ^ \ ¦ ì r ½ + É Ã º e H l
^ ì r © u ü < ½ ¨ ¸ © s \ ¦ S X l 0 Aô Ç RHEED
© q , Õ ªo ¦ r « Ñ_ RHEED ì r$ 3 õ & ñ \ e # Q" f 0 Au
¸] X ` ¦ ½ + É Ã º e ¸2 ¤ manipulator x 9 r « Ñ_ annealingõ flashing` ¦ Ã º' ½ + É Ã º e H heating system Ü ¼ Ð ½ ¨$ í ÷ &
#
Q e Ü ¼ 9 6 x l ? / Ò_ # 4 \ " f ~ ½ ÓØ ¦| ¨ c à º e H l ^
\
¦ þ j è o l 0 AK electron polishing` ¦ % i ¦, * 3 á Ô
1 l x × æ \ ¸ band heater\ ¦ [ O u # 300 ℃ t bak- ing ½ + É Ã º e ¸2 ¤ % i . RHEED © q H Vieetech _ 30 keV RHEED 8 ú x õ 5 Å q \ -t \ ¦ ¸] X ½ + É Ã º e
H " é ¶ / B N/ å L l Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e Ü ¼ 9 r] X Á º] (\ ¦ S X l
0 Aô Ç 8
00+ þ AF g Û ¼ß ¼ 2 ;s / B N chamber \ Â Ò Ã Ì÷ &# Qe
. RHEED 8 ú x _ c ß ¼l H f â 90 µms 9 ¼ # ¾ Ó
ï{ 9 \ _ K + þ AF g Û ¼ß ¼ 2 ;\ " f s © ý aÄ º ~ ½ Ó ¾ Ó Ü
¼ Ð ¹ ¡ §f { 9 Ã º e . 5 Å q · ú É r 5 ∼ 30keV s 9 s \
É r emission current H 10 ∼ 60 µA _ # 3 0 A\ ¦ t
: r z ´+ « >\ " f H µ 1 ß ¦ Ì º§  ô Ç © ` ¦ % 3 l 0 AK " f 25keV, 50 µA _ Â Ò H \ " f z ´+ « >` ¦ à º' % i . ¢ ¸ô Ç manipulator\
) a heating system É r  ú ª É r r ç ß \ 1000 ℃s © _ ¦
: r t \ P ½ + É Ã º e ¸2 ¤ W-mesh\ ¦ s 6 x ô Ç 9 F ' pà Ô
\
¦ 6 x % i ¦ & h ] X ô Ç " é ¶` ¦ / B N/ å L l 0 AK MDC \
"
f ] j ) a In-vaccum insulated wire (2 kV, 5.5 mA)\ ¦
6 x % i . " é ¶ / B N/ å L © u Ð H Low tension set trans- former\ ¦ : x K AC power\ ¦ ` ¦ 9Å Ò% 3 Ü ¼ 9 ¦ : r _ anneal- ing õ flashingõ & ñ ` ¦ 0 AK 5kV high voltage\ ¦ % 3 ` ¦ Ã º e
H Puncture tester (ILO-PT 2004)\ ¦ s 6 x # negative high voltage\ ¦ # Qº ¡ § Ü ¼ Ð" f þ j@ / 1200 ℃ t : r ¸\ ¦
© 5 p x r & z ´+ « >Ã º' \ & h { © ô Ç : r ¸\ ¦ ¸] X ½ + É Ã º e % 3 .
l
^ ì r © u H chamber ? / Ò\ © à Ì÷ &# Qe Ü ¼ 9 s H 1/8
00f â _ SUS s á Ô\ ¦ s 6 x K " f r « Ñ ³ ð _ 0 A\
"
f f ] X ì r 0 p x ¸2 ¤ ÷ &# Qe Ü ¼ 9 chamber ü @Â Ò\
H diaphragm ì Á Ú Ô\ ¦ # l ^ _ ª ` ¦ p [ j ¸] X
½
+ É Ã º e ¸2 ¤ ½ ¨$ í % i .
2. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É
z
´+ « >\ 6 x ô Ç r « Ñ H Â Òí ß @ / < Æ § é ß & ñ É r' \ " f Ò q t í ß
) a (V , s 15 × 15mm, ¿ ºa 200 µm, q $ ½ Ó Ω ≤ 1) Si(100)\ ¦ 6 x % i . Õ ªo ¦ L : F M ô Ç ³ ð _ r « Ñ\ ¦ ë ß [
þ
t l 0 AK [ j : r, à Ôo 9 þ t Ð Ð\ ò ø Í` ¦ (TC), B jò ø Í` ¦, | 9 í
ß (20 %), Ô ¦ í ß (5 %), Di-water\ ¦ s 6 x # í H & h Ü ¼
Ð o < Æ& h \ g Aõ 1 l x r \ í6 £ § [ j' ` ¦ ì ø Í4 ¤z ´r % i
. ¢ ¸ô Ç Si(100) 2 × 1 buckled dimer ½ ¨ ¸\ ¦ % 3 l 0 AK
∼10
−10Torr _ í ¦ / B N © I \ " f ì ø Í4 ¤& h flashing` ¦ z
´r % i [4,9–12]. r « Ñ_ : r ¸ H Micron _ q ] X 8 ú ¤ d
M90 F g < Æ : r ¸8 £ ¤& ñ l Ð 8 £ ¤& ñ % i . í ¦ / B N \ " f Si(100)` ¦ 1000 ∼ 1200 ℃\ " f à º íç ß ì ø Í4 ¤ flashing # Ò q
t$ í ) a Si(100) 2 × 1 buckled dimer ½ ¨ ¸ H p [ j ¸] X s
0 p x ô Ç l ^ ì r © u \ ¦ s 6 x # ò ø Í oà º è (C
xH
y) l
^ \ ¦ ì r r & Å Ò% 3 . \ 9 E $ (C
2H
4) l ^ _ â Ä º 50
∼ 300L _ ì r õ & ñ ` ¦ : x K © Ì º§  ô Ç © s 60L, 150L, 300L (Langmuir : 1L = 1 × 10
−6Torr·s) \ " f ' a ¹ 1 Ï÷ &
%
3 ¦, [ j 9 E $ (C
2H
2) l ^ _ â Ä º 1 ∼ 30L_ ì r õ & ñ
×
æ © Ì º§  ô Ç © s 5L, 10L, 20L\ " f ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 . s M : z
´o B H É r ³ ð : r ¸ 600 ℃Â Ò H{ 9 â Ä º ò ø Í oà º èü < a % ~
É
r ì ø Í6 £ x` ¦ Ð H K. Miky ü < 1 l x « Ñ[ þ t _ z ´+ « >& h H ü <
[10,12] 400 ∼ 630 ℃\ " f : r ¸\ _ ô Ç % ò ¾ ÓÜ ¼ Ð C=C½ ¨
¸ L :t ¦ CH
x³ ð \ " f » 1 Ï Ã Ì÷ &# Q ² D G H-atom _
% ò
¾ Ó` ¦ C ] jr v ¦ C-atom_ % ò ¾ Óë ß ` ¦ ~ Ã Î> ) a H J.
Yoshinobu ü < 1 l x « Ñ[ þ t \ ½ ¨1 p x, ª ô Ç ½ ¨\ ¦ : x K r
«
Ñ ³ ð : r ¸\ ¦ 650 ℃ Ð Ä »t r & Å Ò% 3 [4,9,11,13–15].
s
Ê ê ; ;y © : r Ü ¼ Ð r « Ñ_ : r ¸\ ¦ ± ú Æ Ò# Q Å Ò ¦ © : r
\
" f Si(100)_ F ½ ¨ ¸ © I \ ¦ RHEED r] X Á º] ( Ð S X
% i Ü ¼ 9 ¢ ¸ô Ç r « Ñ_ F ½ ¨ ¸_ # 3 0 A\ ¦ S X l 0 AK manipulator\ ¦ s 6 x X, Y , Z» ¡ ¤` ¦ s 1 l x # RHEED r ] X
Á º] (\ ¦ ' a8 £ ¤ # ½ ¨ ¸ © s \ ¦ S X % i . RHEED
r] X Á º] ( ' a ¹ 1 Ïr _ z ´+ « > ¸| É r 5 Å q · ú 25kV, emission 30 µA, c _ { 9 ~ ½ Ó ¾ Ó É r [010] ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð 1 l x{ 9 >
% i .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý
: r ½ ¨\ " f H Si(100) ½ ¨ ¸ © s _ " é ¶ s ò ø Í è Ô ¦í H Ó
ü
t _ ª \ l ô Ç H כ ` ¦ " f Ð É r ò ø Í oà º è ì r \ ¦
6 x # ¸ % i . " f { 9 & ñ ô Ç ¸| \ " f \ 9 E $ l
^ \ ¦ r « Ñ 0 A\ ì r H â Ä ºü < [ j 9 E $ l ^ \ ¦ s 6
x # ò ø Í è Ô ¦í HÓ ü t` ¦ ì r % i H X <, y y _ l ^ ì r _
â
Ä º\ ¸¿ º c(4 × 4) F ½ ¨ ¸ { 9 # Qz ` ¦ RHEED r] X
Fig. 1. RHEED pattern of the Si(100) 2 × 1 buckled dimers structure in the [010] direction.
Á
º] (` ¦ : x # S X % i . ¢ ¸ô Ç y y _ l ^ _ ª ` ¦ ¸ ] X
" f ½ ¨ ¸ © s \ ¦ S X H õ & ñ ` ¦ : x K c(4 × 4)
Ð_ © s õ & ñ õ C-atom_ W = e Ö ¦ ' a > \ ¦ S X < ÊÜ ¼
Ð" f © & h ] X ô Ç ½ ¨ ¸ © s \ ¦ 0 Aô Ç C-atom W = e Ö ¦` ¦ S X
½ + É Ã º e % 3 Ü ¼ 9 ¢ ¸ô Ç \ 9 E $ õ [ j 9 E $ _ ì r | ¾ Ó
`
¦ q § # y y _ l ^ \ É r ´ òÖ ¦$ í ` ¦ ¸ % i .
Fig 1. É r o < Æ& h \ g Aõ flashingõ & ñ ` ¦ 2 ; Ê ê_ RHEED r] X Á º] (s . s r] X Á º] ( H r] X ì ø Í& h s ©
Ð U ´# Q כ s ' a ¹ 1 Ï H d \ ³ ð \ Ô ¦í HÓ ü t s ¢ - a# 4
> ] j ÷ &# Q buckled dimers_ © I e ` ¦ S X ½ + É Ã º e
. s Qô Ç r] X Á º] ( H ½ ¨ ¸ © s _ © l : r s ÷ &
H ¸| Ü ¼ Ð s Ê ê ' ô Ç ¸ H z ´+ « >\ " f 1 l x{ 9 ô Ç õ & ñ ` ¦
2 ; buckled dimers_ ³ ð \ y y _ l ^ ì r ÷ &% 3 .
6 £ § É r " f Ð É r l ^ Ð l ^ _ ì r | ¾ Ó` ¦ ¸] X # ò
ø Í è Ô ¦í HÓ ü t` ¦ ì r # c(4 × 4) F ½ ¨ ¸ H t
S X % i . ò ø Í è" é ¶ _ â Ä º\ 0 l q H& h s Z } Ü ¼Ù ¼ Ð ò
ø Í è" é ¶ ë ß ` ¦ Å Ò{ 9 l # Q 9Ä ºÙ ¼ Ð ò ø Í èü < Ã º è ½ + Ë
)
a \ 9 E $ l ^ ü < [ j 9 E $ l ^ \ ¦ ì r % i . s z ´ +
« >\ " f H · ú ¡_ z ´+ « >õ ° ú É r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ë ß [ þ t # Q Si(100) 2 × 1 buckled dimer ½ ¨ ¸\ \ P % o õ & ñ õ \ 9 E $ l ^ 60L, 150L, 300L, [ j 9 E $ 5L, 10L, 20L\ ¦ r « Ñ ³ ð 0 A
\
ì r Ê ê_ RHEED r] X Á º] (\ ¦ ' a ¹ 1 Ï % i .
Fig 2. _ (a) H \ 9 E $ 60L, (b) H [ j 9 E $ 5L ì r r _
RHEED r] X Á º] (s . s ¿ º r] X Á º] (\ ¦ S X K Ð
¸ É rA á ¤ 0 A_ 0 Laue % ò % i \ " f o¶ ú ³ ð Ð ½ ¨ì r ô Ç כ
%
! 3 (00)} @ /ü < (11)} @ / s \ 2> h Ð ° ú r] X ì ø Í
&
h
` ¦ ' a ¹ 1 Ͻ + É Ã º e Ü ¼ 9 s Qô Ç r] X r] X Á º] ( H r « Ñ_
³
ð © I ¨ î ¨ î t · ú § É r â Ä º H & ³ © Ü ¼ Ð ³ ð
\ dimer vacancy + þ A$ í ÷ &% 3 6 £ §` ¦ Ð# ï r . ¿ º l ^ _
¸Ø ¦ s Ê ê Si(100) ³ ð ½ ¨ ¸ 2 × 1½ ¨ ¸\ " f 2 × n ½ ¨ ¸ Ð ½ ¨ ¸ © s { 9 # Qz ¤Ü ¼ 9 s H c(4 × 4) F ½ ¨
(a) Reconstruction after 60L of ethylene exposed
(b) Reconstruction after 5L of acetylene exposed
Fig. 2. RHEED patterns of the Si(100) 2 × n structure.
¸ õ & ñ \ " f 2 × n F ½ ¨ ¸ × æ ç ß õ & ñ Ü ¼ Ð z ` ¦ Ð
[6,7,11,13]. Fig 3._ â Ä º H \ 9 E $ l ^ 150L, [ j
9
E $ l ^ 10L ì r r _ RHEED r] X Á º] ( Ð 0 A\ " f S X
ô Ç Fig. 2ü < H ¸F K É r & ³ © ` ¦ Ðs ¦ e . RHEED
c _ 0 Au \ ¦ or & ' a ¹ 1 Ïô Ç õ 0 A_ 2 × n ½ ¨ ¸
H ³ ð _ ^ & h 8 £ ¤ \ ' a ¹ 1 Ï ) a r] X Á º] (t ë ß s _
â Ä º\ " f H Â Òì r& h Ü ¼ Ð (00)} @ /ü < (11)} @ / s \ 1/4 Laue_ % ò % i \ " f r] X ì ø Í& h s H כ ` ¦ S X
½
+ É Ã º e [6,14]. s H ³ ð _ ² D G è& h  Òì r \ " f
H & ³ © s t ë ß r « Ñ\ " f" fy c(4 × 4)½ ¨ ¸ + þ A$ í ÷ &
#
Qt ¦ e 6 £ §` ¦ Ð# Å Ò H õ ¦ ½ + É Ã º e .
t } Ü ¼ Ð Fig 4. H \ 9 E $ l ^ 300L, [ j 9 E $ l ^ 20L\ ¦ ì r ô Ç s Ê ê r « Ñ_ ^ & h % ò % i \ " f c(4 × 4) F
½ ¨ ¸\ ¦ S X ½ + É Ã º e [9, 10]. : r ½ ¨õ & ñ \ " f H c(4 × 4) F ½ ¨ ¸ { 9 # Q H õ & ñ ` ¦ ¿ º ò ø Í oà º èì r _
f ¨ Ã Ìõ & ñ ` ¦ : x K S X ½ + É Ã º e % 3 . s Qô Ç õ [ þ t
`
¦ K $ 3 K Ð õ c(4 × 4) F ½ ¨ ¸\ @ /ô Ç ª ô Ç
½
¨ × æ ^ ô Ç^ o = ~ Ã Ì [6]\ _ K C
2H
2f ¨ Ã Ì` ¦ s 6 x ô Ç ½ ¨ ¸
© s 7 Hë H \ " f C-atom_ W = e Ö ¦ s 0.05ML s \ " f
2 × n, 0.06ML s © \ " f 2 × nõ c(4 × 4)_ / B N > r ½ ¨ ¸
(a) Reconstruction after 150L of ethylene exposed
(b) Reconstruction after 10L of acetylene exposed
Fig. 3. RHEED patterns of 2 × n and c(4 × 4) struc- ture’s coexistence
0.125ML\ " f ³ ð ^ % ò % i \ " f c(4 × 4) z
`
¦ S X ô Ç e . s H : r z ´+ « >\ " f y ½ ¨ ¸ © s õ
&
ñ \ " f_ [ j 9 E $ ì r | ¾ Ó 5L, 10L, 20Lü < q Y V& h ' a
>
\ ¦ Ðs ¦ e . ¢ ¸ô Ç \ 9 E $ l ^ \ ¦ s 6 x ô Ç z ´+ « > õ
\
" f ¸ 60L, 150L, 300L_ ì r | ¾ Ó É r [ j 9 E $ z ´+ « > õ ü
< q Y V < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3 . s Qô Ç \ 9 E $ _ z ´+ « > õ \ ¦ Francois Rochet _ ½ ¨ 1 p x, ª ô Ç ½ ¨ [16–18]\ ¦ : x K
· ú
à º e % 3 ~ Si(001)_ 1ML W = e Ö ¦` ¦ S X l 0 Aô Ç \
9
E $ l ^ Langmuir° ú כs 2330Ls H 7 Hë H` ¦ 6 x #
>
í ß ô Ç õ \ 9 E $ \ _ ô Ç C-atom_ W = e Ö ¦ % i r [ j
9
E $ \ " fü < Ä » < Ê` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . s H C-atom _ W =
e Ö ¦ \ É r Langmuir ° ú כ` ¦ q §K ^ ¦ M : 2 × n F ½ ¨
¸_ â Ä º \ 9 E $ 60L, [ j 9 E $ 5L_ ì r | ¾ Ó` ¦ 2 × n õ c(4 × 4) _ / B N > r _ â Ä º \ 9 E $ 150L, [ j 9 E $ 10L, t
} Ü ¼ Ð ³ ð ^ & h % ò % i \ " f_ c(4 × 4) F ½ ¨ ¸_
â
Ä º \ 9 E $ 300L, [ j 9 E $ 20L_ ° ú כÜ ¼ Ð 10C s © _
s \ ¦ ? / ¦ e 6 £ §` ¦ Ð# ï r . 8¹ ¡ ¤ s þ j H > í ß
)
a ¿ º ì r _ Si(001)õ _ f ¨ Ã Ì\ -t H \ 9 E $ _ â Ä º 1.89eV, [ j 9 E $ _ â Ä º 2.74eV e ` ¦ S X ÷ &% 3 ¦ [18, 19] ì r _ f ¨ Ã Ìõ & ñ \ H 0.9eV_ s \ ¦ H
כ
` ¦ · ú Ã º e . ² D G s Qô Ç ? /6 x` ¦ : x K Si(100)_ ½ ¨
¸ © s õ & ñ \ e # Q ¿ º ì r _ o < Æ& h , Ó ü t o & h : £ ¤$ í \
\ 9 E $ ì r _ f ¨ Ã Ìõ & ñ Ð H [ j 9 E $ _ f ¨ Ã Ìõ
&
ñ \ " f 8¹ ¡ ¤ a % ~ É r ½ ¨ ¸ © s ´ òÖ ¦$ í ` ¦ Ðe ` ¦ S X ½ + É Ã
º e % 3 .
(a) Reconstruction after 300L of ethylene exposed
(b) Reconstruction after 20L of acetylene exposed
Fig. 4. RHEED patterns of the Si(100) c(4 × 4) struc- ture.
IV. + s Ç Â ] Ø
: r ½ ¨ õ \ ¦ : x K C-atom\ _ ô Ç ½ ¨ ¸ © s _ é ß
>
& h õ & ñ ` ¦ Langmuir ° ú כ ¸] X ` ¦ : x K Ã º' < Ê\ " f
Ð É r ò ø Í oà º è ì r \ 9 E $ õ [ j 9 E $ _ 6 x Ü ¼
Ð C-atom_ % ò ¾ ÓÜ ¼ Ð ô Ç ½ ¨ ¸ © s _ õ \ ¦ F S X
½ + É Ã º e % 3 Ü ¼ 9 y é ß > \ e # Q" f 9 כ ¹ Ð ÷ &# Qt H C-atom _ W = e Ö ¦` ¦ > í ß ½ + É Ã º e % 3 . s õ H õ
^
ô Ç^ o = ~ Ã Ì _ > í ß ° ú כõ Ä » ô Ç õ \ ¦ Ð% i Ü ¼ 9 ² D G
½
¨ ¸ © s õ & ñ \ © & h ] X ô Ç W = e Ö ¦` ¦ S X ½ + É Ã º e
%
3 . ¢ ¸ô Ç s õ & ñ \ " f 6 x ÷ &# Q L_ ML ¨ 8 í ß õ & ñ õ
¿
º ì r _ f ¨ Ã Ìõ & ñ \ e # Q" f H \ -t s
² D G [ j 9 E $ ì r _ f ¨ Ã Ìõ & ñ \ " f 8¹ ¡ ¤ ´ òÖ ¦& h ½ ¨
¸ © s õ \ ¦ s = å J # Q è q à º e 6 £ §` ¦ S X % i .
P
c p 8 ý ò k >
z
´+ « >\ 6 x ) a r « Ñ H Â Òí ß @ / < Æ § é ß & ñ É r' \ " f ¹ ¢ ¤
$ í
÷ &# Q r « Ñ\ ¦ 6 x % i 6 £ §.
Y
c p w à U Ø ô
[1] Z. L. Wang, Reflection Electron Microscopy and Spectroscopy for Surface Analysis (Cambridge Uni- versity Press, Cambridge, 1996).
[2] K. C. Pandey, J. D. Chadi and W. A. Harrison, Proceedings of the 17th International Conference on the Physics of Semiconductors (Springer, New York, 1985), p. 55.
[3] H. Wang, R. Lin and X. Wang, Phys. Rev. B 36, 7712 (1987).
[4] R. I. G. Uhrberg, J. E. Northrup, D. K. Biegelsen, R. D. Bringans and L, E. Swartz, Phys. Rev. B 46, 10251 (1992).
[5] A. Goryachko et al., Surf. Sci. 497, 47 (2002).
[6] H. Kim, W. Kim, G. Lee and J.-Y. Koo, Phys. Rev.
Lett. 94, 076102 (2005).
[7] W. Kim, H. Kim, G. Lee and J.-Y. Koo, Phys. Rev.
Lett. 89, 106102 (2002).
[8] J. H. Cho, K. S. Kim and Y. Morikawa, J. Chem.
Phys. 124, 024716 (2006).
[9] H. N¨ orenberg and G. A. D. Briggs, Surf. Sci. 430, 154 (1999).
[10] H. N¨ orenberg and G. A. D. Briggs, Surf. Sci. 397, 433 (1999).
[11] D. S. Lin and P. H. Wu, Surf. Sci. 397, L273 (1998).
[12] K. Miki, K. Sakamoto and T. Sakamoto, Appl. Phys.
Lett. 71, 3266 (1997).
[13] Tomohide Takami, e-J. Surf. Sci. Nanotech. 4, 285 (2006).
[14] T. J. Kim, S. H. Oh, J. K. Kim, D. K. Kim, C. H.
Moon and S. T. Kang, J. Korean Phys. Soc. 42, 779 (2003).
[15] J. Yoshinobu, H. Tsuda, M. Onchi and M. Nishi- jima, J. Chem. Phys. 87, 7332 (1987).
[16] Francois Rochet, Florence Jolly, Fabric Bournel, Georges Dufour, Fausto Sirotti and Jean-Louis Cantin, Phys. Rev. B 58, 11029 (1998).
[17] C. C. Cheng, R. M. Wallace, P. A. Taylor, W. J.
Choyke and J. T.Yates, Jr., J. Appl. Phys. 67, 3693 (1990).
[18] Jun-Hyung Cho and Leonard Kleinman, Phys. Rev.
B. 63, 073306 (2001).
[19] W. Kim, H. Kim, G. Lee and J.-Y. Koo, Surf. Sci.
514, 376 (2002).
Efficiency of Hydrocarbon Molecules in Forming Sequential Reconstructions of Si(100) from 2 × 1, 2 × n, to c(4 ×4)
Ho Chul Lee, Min Chul Park, Nam Kyu Jang, Kyung Nam Lee, You Kyoung Park and Suk Tai Kang
∗Department of Physics, Yonsei University, Wonju 220-710
(Received 30 October 2007, in final form 28 December 2007)
In order to examine the surface temperature and the C-atom quantity of a Si(100) 2 × 1 → 2 × n
→ c(4 × 4) reconstructions, we carried out an experimental study through reflection high energy electron diffraction (RHEED). Moreover, in a ultra-high vacuum (UHV) chamber, in order to inject two different hydrocarbon molecules, ethylene (C
2H
4) and acetylene (C
2H
2), we attached an in-situ gas injection system. Inside the UHV chamber, after having been flashed for a few seconds in the 1000 ∼ 1200 ℃ temperature range, the Si(100) sample acquiresd the constitution of a clean 2 x 1 buckled dimer. Following that, at a temperature of 650 ℃, as we altered the volume of ethylene we also exposed, the sample to hydrocarbon gas (C
2H
2, C
2H
4). Through the multiple reconstructions observed by using RHEED patterns, we were able to confirm the appropriate quantity of C-atoms in the c(4 × 4) reconstruction. Also, by using two gases which is composed of C-atoms, we were able to obtain a coverage that was different from injected quantity. the results for ethylene and acetylene were compared with those acquired by converting from a Langmuir to a monolayer(ML). Therefore, we were able to determining the appropriate C-atom coverage in the Si(100) reconstruction and the two-gas efficiency in the reconstruction.
PACS numbers: 61.14.Hg, 61.72.Ss
Keywords: Si(100), RHEED, Hydrocarbon, Reconstruction
∗
