½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 48, Number 2, 2004¸ 8 Z 4, pp. 180∼183

(1)

½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 48, Number 2, 2004¸ 8 Z 4, pp. 180∼183

Ar ⁺ T Æ X Ø Bombardmentõ u § T Ó Þ X ¢ Si(100) ºV ê s ¹ ÅT ì Å

»® £ ¢ 9 · ¡ ç ¡0 å · ) ç - > õ i ; · ¤* × <) o · + ä R ÷ 7 B · ~ ç ¡) o ? ^∗

[ j@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-710 (2004¸ 6 Z 4 8{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

í ¦ / B N \ " f Si(100) (2 × 1) r « Ñ\ ¦ 1000

^◦

C Ð Ã º { 9 ç ß flashing # L : F Mô Ç ³ ð Ü ¼ Ð ë ß H Ê ê 3 keV Ar

⁺

s : r` ¦ ± ú É r dose Ð bombardment r & " f RHEED (Reflection High Energy Electron diffraction) J Ü ¼ Ð ' a¹ 1 Ï % i . Õ ªo ¦ 600 ∼ 700

^◦

C Ð \ P % i ; ;y d j Ë µÜ ¼ Ð+ Á º| 9 " f ô

Ç z ´o B H " é ¶ [ þ t s F C \ P # ³ ð \ Ô ¦ ½ ©g Ë :& h Ü ¼ Ð DV (dimer vacancy) Ò q t| כ ` ¦ (2 × n) like RHEED J Ü ¼ Ð S X % i . Õ ª Ê ê\ (2 × n) like r « Ñ\ ¦ 650

^◦

C Ð \ P ô Ç + ' l ^ ì r © u Ð \

9 E $ (C

2

H

4

) l ^ \ ¦ r « Ñ³ ð \ ì r ¦, 50ì rç ß Ä »t Ê ê © : r Ü ¼ Ð ? / 9" f RHEED J ` ¦ : x # c(4 × 4) Ð ½ ¨ ¸ © s { 9 # Qz ` ¦ S X % i .

PACS numbers: 61.14.Hg, 68.35.Rh, 79.20.Rf

Keywords: z ´o B H, ì ø Í ¦5 Å q r] X , ½ ¨ ¸ © s , s : rØ æ

I. " e Â ] Ø

¦^ ³ ð \ @ /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 l M :ë H \ ¦^ ³ ð _

"

é

¶ C \ P , ½ ¨ ¸ x 9 o < Æ& h ¸$ í 1 p x \ @ /ô Ç D h Ðî r t

d s 9 כ ¹ .

r

« Ñ ³ ð _ # Q t & ³ © ` ¦ s K l 0 AK " f H ³ ð

" é ¶ [ þ t_ © @ /& h 0 Au x 9 / B Nç ß & h C \ P , Õ ªo ¦ ½ ¨$ í

$ í

ì r` ¦ & ñ S X y H כ s × æ כ ¹ . ¦^ ³ ð ` ¦ ' a¹ 1 Ï

H # Q t © q × æ \ " f ` ¦ s 6 x H RHEED (Reflection High-Energy Electron Diffraction)Z O É r © s

Â ú ª É r ¦\ -t ` ¦ r « Ñ³ ð \ Å Ò ± ú É r y ¸

Ð { 9 r & " f ³ ð ½ ¨ ¸\ ¦ ' a¹ 1 Ï H ì r$ 3 © q s l M : ë

H \ Z } É r ì r K 0 p x õ " î ô Ç © ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e ¦, r] X ì ø Í& h _ ¸ ª õ µ 1 ßl _ o\ ¦ s 6 x # r « Ñ³ ð 0 A\ 3 " é ¶ Ü

¼ Ð $ í © ô Ç p [ j & ñ ¸ ' a8 £ ¤½ + É Ã º e . Si(100) ³ ð _

: £ ¤$ í É r õ < Æl Õ ü t& h \ " f B Ä º × æ כ ¹ Ù ¼ Ð z ´+ « >

&

h s s : r& h Ü ¼ Ð ´ ú § É r ½ ¨ ' ÷ &# Q M ® o . Si(100) r

« Ñ_ (2 × 1), c(4 × 2), p(2 × 2) x 9 c(4 × 4)ü < ° ú É r

½

¨ ¸ © s \ @ /ô Ç ½ ¨ H þ j H t ¸ Ö ¸µ 1 Ïy ' ÷ & ¦ e

. : £ ¤ y Si(100) (2 × n) ½ ¨ ¸ © s _ ½ ¨\ ¦ 0 AK " f r

« Ñ : r ¸_ / å L5 Å qô Ç Í ty [1, 2], Ar

⁺

bombardment Ê ê\

∗

E-mail: [email protected]

\ P [3], í ß è8 £ x » 1 Ï Ã Ì [4], Ã º è8 £ x » 1 Ï Ã Ì [5] 1 p x # Q ~ ½ ÓZ O Ü

¼ Ð Si(100) ³ ð 0 A\ (2 × n) (6 ≤ n ≤ 12) < Ê ½ ¨ ¸

\

¦ + þ A$ í r ( [6,7]. c(4 × 4) ½ ¨ ¸ © s _ â Ä º\ ´ ú § É r s

: r õ ª ô Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð z ´+ « >s ' ÷ &# Q e . : r ½ ¨ z

´\ " f H þ j H \ í H Ã ºô Ç Si(100) (2 × 1)½ ¨ ¸\ ¦ \ P © I

\ " f 0 A& h Ü ¼ Ð ò ø Í èÔ ¦í HÓ ü t` ¦ Å Ò{ 9 # ½ ¨ ¸ © s

\

¦ { 9 Ü ¼v H " é ¶ s ò ø Í èe ` ¦ Ð ¸ e [8,9]. : r z

´+ « >\ " f H Si(100) (2 × 1)_ L : F Mô Ç r « Ñ³ ð 0 A\ s

: r Ø æ ` ¦ ô Ç Ê ê\ \ P # (2 × n) like RHEED J

`

¦ ë ß [ þ t ¦, \ 9 E $ l ^ \ ¦ ì r # c(4 × 4) Ð ½ ¨ ¸ ©

s { 9 # Qz ` ¦ S X % i .

II. ÷ m Ç] M öX ê sV õ m Í U ê s0 n É

1. ÷ m Ç] M öX ê sV

Main chamber\ ¦ í ¦ / B N Ü ¼ Ð ë ß [ þ 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)\ ¦ % i . í ¦ / B N 6

x main chamber \ H l ^ Å Ò{ 9 l ü < RHEED © q \ ¦ [ O u

% i ¦, load lock chamber\ H s : r bombardment\ ¦ 0 AK " f s : r8 ú x s © Ã Ì÷ &% 3 .

Chamber ? /Â Ò # 4 Ü ¼ ÐÂ Ò' _ l ^ ~ ½ ÓØ ¦` ¦ þ j è o l

0 A # 6 x l ? /Â Ò\ ¦ electron polishing % i ¦, 6 x l \ H

band heater\ ¦ [ O u # * 3 á Ô 1 l x × æ \ ¸ 300

^◦

C t

-180-

(2)

½ ¨ 7 Hë H Ar

⁺

s : r Bombardment\ ¦ s 6 xô Ç Si(100) ½ ¨ ¸ © s ½ ¨ – ^ Å Ò F g 1 p x -181-

baking ½ + É Ã º e ¸2 ¤ % i . r « Ñ_ 0 Au ¸] X ` ¦ 0 Aô Ç manipulator ü < s : r gauge [ O u ÷ &% 3 .

RHEED © q H Vieetech _ 30 keV RHEED 8 ú x,

"

é

¶ / B N/ å L l ü < r] X J ` ¦ S X l 0 Aô Ç 8

⁰⁰

+ þ AF g Û ¼ß ¼ 2 ; Ü

¼ Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e . 8 ú x_ c ß ¼l H f â s 90µms

¦, ¼ # ¾ Ó ï{ 9 \ _ K + þ AF g Û ¼ß ¼ 2 ;\ " f s © ý a Ä

º ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ¹ ¡ §f { 9 Ã º e . · ú _ # 3 0 A H 5 ∼ 30 keV s

9 s \ É r emission À Ó H 10 ∼ 60µAs . : r

½

¨\ " f H q §& h µ 1 ß ¦ \ Vo ô Ç © ` ¦ % 3 l 0 A # 30 keV, 60µA# 3 0 A\ " f z ´+ « >` ¦ % i .

Load lock chamber © é ß Â Ò\ H Anelva _ 5keV s : r 8

ú

x` ¦ 45° Ð © Ã Ì # r « Ñ\ s : r bomabardment\ ¦ ½ + É Ã

º e ¸2 ¤ % i ¦, ï ß À Ó l ^ ì r$ 3 l (Residual Gas Anal- yser : RGA)\ ¦ [ O u % i . Ð' o * 3 á Ô, ' Ð ì r * 3 á

Ô\ ¦ # ¦ / B N` ¦ ë ß [ þ t ¦ s : r gauge ü < x m gauge Ð / B N ¸\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i . s : r8 ú x \ Å Ò{ 9 ÷ & H Ar l

^

H í ¦ / B N6 x variable leak valve \ 1/4

⁰⁰

SUS(steel use stainless) s á Ô Ð ÷ &# Q l ^ _ ª ` ¦ p è ¸ ] X

¸2 ¤ ÷ &# Q e . 5 Å q · ú É r 0.1 ∼ 5 keV t ¸] X

0 p x ¦ emission À Ó H 0 ∼ 30 mA Ð ¸] X ) a . s : r

À Ó H 5 µA s s 9, s : r À Ó x 9 ¸ H 200 µA/cm

²

s

s . Õ ªo ¦ Å Ò Å Ò Ã º H x» ¡ ¤ É r 15 , y» ¡ ¤ É r 500

, ¼ # ¾ Ó Å Ò ; ¤ É r 10 × 10 s . r « Ñ_ À Ó 8 £ ¤& ñ # 3 0

A H 10

⁻⁸

∼ 10

⁻⁴

A s ¦, + þ AF gó ø Í` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ ô Ç c ß

¼l H f â 1 × 10 mm t ¸] X s 0 p x . ¿ º > h_ chamber H > s à Ô ì Á Ú Ô(gate valve) Ð ÷ &# Q e ¦, r

«

Ñ_ s 1 l x` ¦ 0 A # magnetic transfer device © Ã Ì÷ &

# Q e .

¢

¸ô Ç, Â ú ª É r r ç ß \ 1200

^◦

C t \ P ½ + É Ã º e H ) í Û ¼ J $

(W) 9 F ' pà Ô\ ¦ heater Ð 6 x % i ¦, W-mesh\ ¦ s 6

x # r « Ñ ç H{ 9 > \ P ÷ & ¸2 ¤ % i . ) í Û ¼J $ 9

F ' pà Ô\ " f Ô ¦í HÓ ü t s ¸t · ú § ¸2 ¤ main chamber\ ¦ 200

^◦

C Ð baking " f Ã º { 9 ç ß 9 F ' pà Ô\ ¦ \ P # , chamber ? /\ Ô ¦í HÓ ü t s _ \ O 6 £ §` ¦ S X % i .

l

^ ì r © u H main chamber 8 £ ¤ \ © Ã Ì÷ &# Q" f 1/8

⁰⁰

SUS s á Ô Ð r « Ñ³ ð 0 A\ f ] X ì r 0 p x

¸2 ¤ ÷ &# Q e . / B N chamber µ 1 Ú É r l ^ _ ª ` ¦ p [ j

¸] X ½ + É Ã º e H í ¦ / B N6 x diaphragm ì Á Ú Ô\ ¦ % i

.

2. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É z

´+ « >\ " f 6 x ) a r « Ñ H V , s 15 × 15 mm, ¿ ºa 200 µm, Õ ªo ¦ q $ ½ Ó Ω ≤ 1 Si(100)` ¦ 6 x % i . Õ ª o

¦ L : F Mô Ç r « Ñ³ ð ` ¦ ë ß [ þ t l 0 AK [ j : r, B jò ø Í` ¦, | 9 í

ß (20%), Ô ¦í ß (5 %), Di-water` ¦ s 6 x # & ñ K í H " f

Ð o < Æ& h \ g Aõ í6 £ § [ j' ` ¦ ì ø Í4 ¤ % i . r « Ñ_ ß ¼ l

H s : r8 ú x_ 1 s : r ß ¼l ü < RHEED J ' a¹ 1 Ï # 3 0

A\ ¦ ¦ 9 # 15 × 15 mm\ ¦ 6 x % i .

Si(100) r « Ñ\ ¦ / B N ¸ ∼ 10

⁻¹⁰

Torr_ © : r \ " f 1000

◦

C Ð Ã º { 9 ç ß flashing # , L : F Mô Ç Si(100) 2 × 1 buckled dimers ½ ¨ ¸ ÷ &% 3 . View port\ ¦ : x õ ½ + É Ã º e H q ] X 8

ú ¤d Mikron _ M90 F g < Æ : r ¸ 8 £ ¤& ñ l Ð r « Ñ_ : r ¸

\

¦ 8 £ ¤& ñ % i . Si(100) 2 × 1 buckled dimers ½ ¨ ¸_ r

«

Ñ\ ¦ load lock chamber Ð s 1 l x # , 3 keV, 3.3 × 10

¹²

ions/cm

²

, 0° Ð Ar

⁺

s : r bombardment r Ê ê main chamber Ð r s 1 l x # RHEED J ` ¦ : x # Â Òì r

&

h Ü ¼ Ð r « Ñ_ & ñ ½ ¨ ¸ L :& 6 £ §` ¦ S X ¦, r « Ñ\ ¦ 600 ∼ 700

^◦

C Ð 1r ç ß \ P ô Ç + ' © : r Ü ¼ Ð ? / 9 RHEED J

Ü ¼ Ð Ò q t$ í ) a DV\ ¦ ' a¹ 1 Ï % i . s r « Ñ\ ¦ 650

^◦

C t

\ P ô Ç Ê ê 0 A& h Ü ¼ Ð ò ø Í è Ô ¦í HÓ ü t` ¦ Å Ò{ 9 l 0 A

#

\ 9 E $ l ^ \ ¦ ì r % i . l ^ ì r © u Ð \ 9 E $ l

^ 300L(1 Langmuir : 1 × 10

⁻⁶

Torr \ " f 1 í 1 l xî ß _

¸Ø ¦ \ K { © ÷ & H ª )\ ¦ r « Ñ ³ ð \ Í Ò 2 ; Ê ê 50ì rç ß Ä » t

% i . s M : \ 9 E $ l ^ chamber ? /Â Ò # 4 \ f ¨

Ã Ì÷ & H כ ` ¦ ~ ½ Ót ¦, r « Ñ³ ð \ f ¨ Ã Ì| ¨ c S X Ò ¦` ¦ Z } s l

0 A # main chamber` ¦ 100

^◦

C Ð baking % i . Õ ª Ê

ê © : r Ü ¼ Ð ; ;y ? / 2 ; Ê ê Si(100) c(4 × 4) RHEED J

` ¦ S X % i .

RHEED J ` ¦ 8 £ ¤& ñ < Ê\ e # Q" f manipulator_ X,Y,Z» ¡ ¤ õ RHEED 8 ú x_ X,Y,Z» ¡ ¤ ¸] X l \ ¦ ´ ú Æ Ò# Q r

« Ñ_ ° ú É r t & h \ " f { 9 # Q H ½ ¨ ¸ © s \ ¦ ' a¹ 1 Ï % i

. RHEED J ' a¹ 1 Ïr _ z ´+ « > ¸| É r 5 Å q · ú 30 keV, emission 60 µA, { 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

Fig. 1 É r o < Æ& h \ g Aõ & ñ Ê ê\ Ã º { 9 ç ß 1000

^◦

C t flashing õ & ñ ` ¦ ì ø Í4 ¤ # Ô ¦í HÓ ü t[ þ t` ¦ ¸¿ º ± ú 9! Q 2 ; Ê ê\

© : r Ü ¼ Ð ? / 9 / B N ¸ ∼10

⁻¹⁰

Torr \ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç RHEED J

s . r] X ì ø Í& h s © Ð U ´Ä ¡ ¤ > ÷ &# Q e H ¸ ª Ü

¼ Ð Ð L : F Mô Ç Si(100) (2 × 1) buckled dimers ½ ¨ ¸e

`

¦ · ú Ã º e . Fig. 2 H 3keV, 3.3 × 10

¹²

ions/cm

²

, 0° Ð Ar

⁺

s : r bombardment Ê ê\ 8 £ ¤& ñ ô Ç RHEED J s .

0 Laue % ò % i Å Ò s B Ä º â ì 94 R e Ü ¼ 9, r] X ì ø Í& h õ Kikuchi line s 4 R e H כ É r Ar

⁺

s : r \ _ K Â Òì r

&

h Ü ¼ Ð r « Ñ ³ ð _ ½ ¨ ¸ L :4 R e 6 £ §` ¦ Ð# ï r .

¢

¸ô Ç Õ ª Å Ò0 A\ & ñ $ í s z e H Â Òì r É r 1/2 Laue

% ò

% i _ r] X ì ø Í& h Ü ¼ Ð z ¤ . Fig. 3` ¦ Ð ¸ É rA á ¤ 0 A

(3)

-182- ô Ç² D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 48, Number 2, 2004¸ 8 Z 4

Fig. 1. RHEED pattern of the Si(100) 2 × 1 buckeld dimer structure in the [101] direction.

Fig. 2. RHEED pattern in the [010] direction after Ar

⁺

ion bombardment.

_ 0 Laue % ò % i \ " f o¶ ú ³ ð\ ¦ ½ ¨ì rô Ç כ % ! 3 , (00)}

@

/ü < (11)} @ / s \ 2> h Ð ° ú r] X ì ø Í& h ` ¦ ' a¹ 1 Ï½ + É Ã

º e . s כ É r r « Ñ³ ð s ¨ î ¨ î t · ú §` ¦ M : ¸ H J

Ü ¼ Ð r « Ñ³ ð s < Ê½ ¨ ¸ Ð ÷ &# Q e H כ ` ¦ Ð# ï

r . Bombardment ) a r « Ñ\ ¦ 600 ∼ 700

^◦

C Ð 1r ç ß

\ P

r « Ñ_ ? /Â Òü < ³ ð _ " é ¶ [ þ t É r \ P \ -t \ _ K

S X í ß î r1 l x` ¦ > ÷ & ¦, : r ¸ ? / 9y \ ³ ð _

"

é

¶ [ þ t É r î ß & ñ ) a ½ ¨ ¸ Ð F C u \ ¦ > ÷ & 9, Õ ª õ Ô ¦

½

©g Ë :ô Ç DV\ ¦ ° ú H ½ ¨ ¸ ) a . s ½ ¨ ¸ H Si(100) c(4 × 4) Ð ½ ¨ ¸ © s ÷ & H × æç ß é ß > \ " f ' a¹ 1 Ï ) a (2 × n) like RHEED J õ ° ú [9]. Fig. 4 H Fig. 3_ r « Ñ\ ¦ 650

◦

C Ð \ P Ê ê \ 9 E $ l ^ 300L` ¦ ì r ¦, 50ì rç ß Ä » t

% ò

% i \ " f o¶ ú ³ ð Ð ½ ¨ì rô Ç כ % ! 3 , (00)} @ /ü < (11)} @ /

s \ 1/4 _ × ¦ Á º] ( " î S X y ¦ e . s כ Ü ¼

\ ¦ { 9 Ü ¼v H ´ ú § É r ½ ¨\ " f / B N: x& h ¸| É r í ¦ /

B

N \ " f r « Ñ\ ¦ 1000

^◦

כ

s . D. S. Linõ Õ ª_ 1 l x « Ñ [12] H STM` ¦ 6 x # Si(100) (2 × 1) → c(4 × 4)½ ¨ ¸ Ð o H õ & ñ _ × æ ç

ß õ & ñ \ " f (2 × n)½ ¨ ¸\ ¦ µ 1 Ï| % i ¦, Õ þ ! Q ? /Â Ò_ ò ø Í

Fig. 3. RHEED pattern of the Si(100) (2 × n) structure in the [010] direction.

Fig. 4. RHEED pattern of the Si(100) c(4 × 4) structure in the [101] direction.

\ ¦ { 9 Ü ¼ H ½ ¨\ " f ¸ (2 × n) ½ ¨ ¸ l

¸ % i [9]. : r ½ ¨\ " f H { 9 r & h Ü ¼ Ð ' a¹ 1 Ï÷ &~ (2

× n) ½ ¨ ¸\ ¦ 0 A& h Ü ¼ Ð ë ß H Ê ê\ ò ø Í è" é ¶ \ ¦ Å Ò{ 9

#

&

h Ü ¼ Ð H Ab-initio simulation` ¦ 6 x # ³ ð \ DV

e

H â Ä º\ Si(100)_ ' Í P :8 £ x Â Ò' 5 P :8 £ x t y 8 £ x

ò ø Í è" é ¶ \ ¦ V , ¦ 8 ú x \ -t ° ú כ` ¦ > í ß % i . Õ ª õ

Si (100) r « Ñ\ ò ø Í è" é ¶ 4 P : 8 £ x \ e ` ¦ â Ä º\ DV \ O H â Ä º Ð 8¹ ¡ ¤ î ß & ñ & h ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H H כ

`

¦ S X % i [13].

IV. + s Ç Â ] Ø

: r ½ ¨\ " f DV\ ¦ ° ú H Si(100) (2 × n) ½ ¨ ¸\ " f c(4

# s : r bombardment r Ê ê\ r « Ñ\ ¦ \ P # Fig.

s \ ¦ { 9 Ü ¼& " f Fig. 4ü < ° ú s 0 Laue % ò % i \ " f r] X ì

ø Í& h _ o z ¤ . " f (2 × 1)½ ¨ ¸\ " f ÷ rë ß

{ 9 # Qz ` ¦ · ú Ã º e .

(4)

½ ¨ 7 Hë H Ar

⁺

P c

p 8 ý ò k >

s

½ ¨ H 2003¸ ¸ [ j@ / < Æ § < ÆÕ ü t ½ ¨q t " é ¶ \ _ K

s À Ò# Q& Ü ¼ 9, z ´+ « >\ " f 6 x ) a Si(100) r « Ñ H õ < Æ F

é ß t " é ¶ \ _ ô Ç Ä » ^ é ß & ñ É r' \ " f ¹ ¢ ¤$ í ) a r « Ñ

\

¦ 6 x % i 6 £ §.

Y c

p w Ã U Ø ô

[1] F. K. Men, R. Smith and K. J. Chao, Phys. Rev. B 52, R8650 (1995).

[2] T. Sakurai, T. Hashizume, I. Kamiya, Y. Hasegawa, N. Sano, H. W. Pickering and A. Sakai, Prog. Surf.

Sci. 33, 3 (1990).

[3] H. Feil, H. J. W. Zandvliet, M. H. Tsai, John D.

Dow and I. S. T. Tsong, Phys. Rev. Lett. 69, 3076 (1992).

[4] Y. Wei, Y. Hong and I. S. T. Tsong, Appl. Surf. Sci.

92, 491 (1996).

[5] J. Y. Maeng and S. H. Kim, Surf. Sci. 483-485, 1445 (2001).

[6] Z. Zhang, M. A. Kulakov and B. Bullemer, Surf. Sci.

369, 69 (1996).

[7] A. J. Hoven and J. Vac. Sci. Technol. A 8, 207 (1990).

[8] D. K. Kim, T. J. Kim, Y. S. Kim and S. T. Kang, SAE MULLI 46, 137 (2003).

[9] 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).

[10] H. N¨ orenberg and G. A. D. Briggs, Surf. Sci. 430, 154, (1999).

[11] H. N¨ orenberg and G. A. D. Briggs, Surf. Sci. 433, 397, (1999).

[12] D. S. Lin and P. H. Wu, Surf. Sci. 397, L273 (1998).

[13] W. D. Kim, H. C. Kim, G. S. Lee and J. Y. Koo, Phys. Rev. Lett. 89, 106102 (2002).

Si(100) Surface Reconstruction Observed Using Ar ⁺ Ion Bombardment

Joo Kwang Kim, Sang Hoon Oh, In Bok Sung, Yune Suk Yoo, Bi Yong Jeong and Suk Tai Kang

^∗

Department of Physics, Yonsei University, Wonju 220-710

(Received 8 June 2004)

We observed the Si(100) surface by using the RHEED (Rrflection high energy electron diffraction) pattern after the bombardment by low - dose 3 - keV Ar

⁺

of the sample surface which had been cleaned by flashing at 1000

^◦

C for several days under an ultra-high vacuum (UHV). We annealed the sample at 600 ∼ 700

^◦

C and then cooled it down slowly. In the process, we also confirmed by the (2 × n)- like RHEED pattern to comfirm that the disordered silicon atoms had been realigned resulting in the surface’s having a dimer vacancy on the surface. Later, we annealed the (2 × n) like sample at 650

^◦

C. Using a gas - injection system, we exposed the sample surface to C

2

H

4

gas.

After 50 minutes, we cooled it the sample to room temperature and used thr RHEED pattern to confirm that c(4 × 4) reconstruction had occurred.

PACS numbers: 61.14.Hg, 68.35.Rh, 79.20.Rf

Keywords: Silicon, RHEED, Reconstruction, Ion bombaedment

∗

E-mail: [email protected]

 ½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 48, Number 2, 2004¸ 8 Z 4, pp. 180∼183

   ½ ¨ 7 Hë  H  Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 48, Number 2, 2004¸  8 Z 4, pp. 180∼183

Ar + T  Æ X Ø Bombardmentõ u § T   Ó Þ X ¢ Si(100)   ºV ê s ¹ ÅT   ì Å 



»® £ ¢ 9 ·  ¡ ç ¡0 å  · ) ç - > õ i ; · ­ ¤* × <) o  · + ä R  ÷ 7 B · ~ ç ¡) o ?  ∗

 

[ j@ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-710 (2004¸  6 Z 4 8{ 9  ~ Ã Î6 £ §)



í ¦  / B N \ " f Si(100) (2 × 1) r « Ñ\  ¦ 1000

C  Ð Ã º { 9 ç ß  flashing #  L : F Mô  Ç ³ ð  Ü ¼ Ð ë ß   H Ê ê 3 keV Ar

s  : r`  ¦ ± ú  É r dose  Ð bombardment r & " f RHEED (Reflection High Energy Electron diffraction) J   Ü ¼ Ð  ' a¹ 1 Ï % i  . Õ ªo  ¦ 600 ∼ 700

C  Ð \ P  % i    ;  ;y  d  j Ë µÜ ¼ Ð+  Á º| 9 " f ô 

Ç z ´o  B H " é ¶  [ þ t s  F C \ P  #  ³ ð  \  Ô  ¦ ½ ©g Ë :& h Ü ¼ Ð DV (dimer vacancy) Ò q t|   כ `  ¦ (2 × n) like RHEED J   Ü ¼ Ð S X    % i  . Õ ª Ê ê\  (2 × n) like r « Ñ\  ¦ 650

C  Ð \ P ô  Ç + ' l ^ ì  r    © u  Ð \ 

 9

E $ (C

H

) l ^ \  ¦ r « Ñ³ ð  \  ì  r    ¦, 50ì  rç ß  Ä »t  Ê ê  ©  : r Ü ¼ Ð ? / 9" f RHEED J   `  ¦ :  x #  c(4 × 4) Ð ½ ¨ ¸ ©   s  { 9 # Qz  `  ¦ S X    % i  .

PACS numbers: 61.14.Hg, 68.35.Rh, 79.20.Rf

Keywords: z ´o  B H, ì ø Í   ¦5 Å q    r] X , ½ ¨ ¸ ©   s , s  : rØ  æ 

I. " e Â ] Ø



¦^ ³ ð  \  @ /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  l  M :ë  H \   ¦^ ³ ð  _ 

"

é

¶   C \ P ,     ½ ¨ ¸ x 9 o < Æ& h  ¸$ í 1 p x \  @ /ô  Ç D h Ðî  r t

d  s   9 כ ¹  .

r

« Ñ ³ ð  _  #  Q t   & ³ © `  ¦ s K  l  0 AK " f  H ³ ð

 

" é ¶  [ þ t_   © @ /& h 0 Au  x 9 / B Nç ß & h C \ P , Õ ªo  ¦ ½ ¨$ í

$ í

ì  r`  ¦ & ñ S X  y     H  כ s  ×  æ כ ¹  .  ¦^  ³ ð  `  ¦  ' a¹ 1 Ï 



 H #  Q t   © q  ×  æ \ " f      `  ¦ s 6 x   H RHEED (Reflection High-Energy Electron Diffraction)Z O  É r  ©  s

 Â ú ª É r  ¦\  -t       `  ¦ r « Ñ³ ð  \   Å Ò ± ú  É r y   ¸



Ð { 9  r & " f ³ ð  ½ ¨ ¸\  ¦  ' a¹ 1 Ï   H ì  r$ 3  © q s l  M : ë

 H \  Z  } É r ì  r K 0 p x õ    " î ô  Ç  © `  ¦ % 3 `  ¦ Ã º e   ¦, r] X ì ø Í& h  _   ¸ ª õ  µ 1 ßl _    o\  ¦ s 6 x #  r « Ñ³ ð  0 A\  3 " é ¶ Ü

¼ Ð $ í  © ô  Ç p [ j   & ñ  ¸  ' a8 £ ¤½ + É Ã º e   . Si(100) ³ ð  _

 : £ ¤$ í  É r õ  < Æl Õ ü t& h     \ " f B Ä º ×  æ כ ¹ Ù ¼ Ð z ´+ « >

&

h s   s  : r& h Ü ¼ Ð ´ ú § É r   ½ ¨   '  ÷ &# Q M ® o . Si(100) r

« Ñ_  (2 × 1), c(4 × 2), p(2 × 2) x 9 c(4 × 4)ü < ° ú  É r

½

¨ ¸ ©   s \  @ /ô  Ç   ½ ¨  H þ j  H  t  ¸  Ö ¸µ 1 Ïy    '  ÷ & ¦ e 

 . : £ ¤ y  Si(100) (2 × n) ½ ¨ ¸ ©   s _    ½ ¨\  ¦ 0 AK " f r

« Ñ : r  ¸_  / å L5 Å qô  Ç Í  ty   [1, 2], Ar

bombardment Ê ê\ 

E-mail: [email protected]

\ P  [3], í ß  è8 £ x » 1 Ï Ã Ì [4], Ã º è8 £ x » 1 Ï Ã Ì [5] 1 p x #  Q ~ ½ ÓZ O  Ü

¼ Ð Si(100) ³ ð  0 A\  (2 × n) (6 ≤ n ≤ 12)    < Ê ½ ¨ ¸

\

 ¦ + þ A$ í r (    [6,7]. c(4 × 4) ½ ¨ ¸ ©   s _   â Ä º\  ´ ú § É r s

 : r õ   ª ô  Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð z ´+ « >s    '  ÷ &# Q e   .  : r   ½ ¨ z

´\ " f  H þ j  H \  í  H Ã ºô  Ç Si(100) (2 × 1)½ ¨ ¸\  ¦ \ P   ©  I

\ " f   0 A& h Ü ¼ Ð ò ø Í èÔ  ¦í  HÓ ü t`  ¦ Å Ò{ 9  #  ½ ¨ ¸ ©   s 

\

 ¦ { 9 Ü ¼v   H " é ¶   s  ò ø Í èe  `  ¦  Ð    ¸ e    [8,9].  : r z

´+ « >\ " f  H Si(100) (2 × 1)_  L : F Mô  Ç r « Ñ³ ð  0 A\  s 



: r Ø  æ  `  ¦ ô  Ç Ê ê\  \ P  #  (2 × n) like RHEED J  

`

 ¦ ë ß [ þ t  ¦, \  9 E $  l ^ \  ¦ ì  r   #  c(4 × 4) Ð ½ ¨ ¸ © 

 

s  { 9 # Qz  `  ¦ S X    % i  .

II. ÷ m Ç] M öX ê sV  õ m Í U ê s0 n É

1. ÷ m Ç] M öX ê sV 

Main chamber\  ¦  í ¦  / B N Ü ¼ Ð ë ß [ þ 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)\  ¦      % i  .  í ¦  / B N 6

x main chamber \   H l ^ Å Ò{ 9 l ü < RHEED  © q \  ¦ [ O  u

 % i  ¦, load lock chamber\   H s  : r bombardment\  ¦ 0 AK " f s  : r8 ú x s   ©  Ã Ì÷ &% 3  .

Chamber ? /Â Ò # 4 Ü ¼ ÐÂ Ò' _  l ^  ~ ½ ÓØ  ¦`  ¦ þ j è o l 

0 A #  6 x l  ? /Â Ò\  ¦ electron polishing % i  ¦, 6 x l \   H

band heater\  ¦ [ O u  #  * 3 á Ô   1 l x ×  æ \  ¸ 300

½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 48, Number 2, 2004¸ 8 Z 4, pp. 180∼183

½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 48, Number 2, 2004¸ 8 Z 4, pp. 180∼183

Ar ⁺ T Æ X Ø Bombardmentõ u § T Ó Þ X ¢ Si(100) ºV ê s ¹ ÅT ì Å

»® £ ¢ 9 · ¡ ç ¡0 å · ) ç - > õ i ; · ¤* × <) o · + ä R ÷ 7 B · ~ ç ¡) o ? ^∗

[ j@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-710 (2004¸ 6 Z 4 8{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

í ¦ / B N \ " f Si(100) (2 × 1) r « Ñ\ ¦ 1000

C Ð Ã º { 9 ç ß flashing # L : F Mô Ç ³ ð Ü ¼ Ð ë ß H Ê ê 3 keV Ar

s : r` ¦ ± ú É r dose Ð bombardment r & " f RHEED (Reflection High Energy Electron diffraction) J Ü ¼ Ð ' a¹ 1 Ï % i . Õ ªo ¦ 600 ∼ 700

C Ð \ P % i ; ;y d j Ë µÜ ¼ Ð+ Á º| 9 " f ô

Ç z ´o B H " é ¶ [ þ t s F C \ P # ³ ð \ Ô ¦ ½ ©g Ë :& h Ü ¼ Ð DV (dimer vacancy) Ò q t| כ ` ¦ (2 × n) like RHEED J Ü ¼ Ð S X % i . Õ ª Ê ê\ (2 × n) like r « Ñ\ ¦ 650

C Ð \ P ô Ç + ' l ^ ì r © u Ð \

9

E $ (C

) l ^ \ ¦ r « Ñ³ ð \ ì r ¦, 50ì rç ß Ä »t Ê ê © : r Ü ¼ Ð ? / 9" f RHEED J ` ¦ : x # c(4 × 4) Ð ½ ¨ ¸ © s { 9 # Qz ` ¦ S X % i .

Keywords: z ´o B H, ì ø Í ¦5 Å q r] X , ½ ¨ ¸ © s , s : rØ æ

¦^ ³ ð \ @ /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

t o & h , o < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ t ¦ e l M :ë H \ ¦^ ³ ð _

¶ C \ P , ½ ¨ ¸ x 9 o < Æ& h ¸$ í 1 p x \ @ /ô Ç D h Ðî r t

d s 9 כ ¹ .

« Ñ ³ ð _ # Q t & ³ © ` ¦ s K l 0 AK " f H ³ ð

" é ¶ [ þ t_ © @ /& h 0 Au x 9 / B Nç ß & h C \ P , Õ ªo ¦ ½ ¨$ í

ì r` ¦ & ñ S X y H כ s × æ כ ¹ . ¦^ ³ ð ` ¦ ' a¹ 1 Ï

H # Q t © q × æ \ " f ` ¦ s 6 x H RHEED (Reflection High-Energy Electron Diffraction)Z O É r © s

Â ú ª É r ¦\ -t ` ¦ r « Ñ³ ð \ Å Ò ± ú É r y ¸

Ð { 9 r & " f ³ ð ½ ¨ ¸\ ¦ ' a¹ 1 Ï H ì r$ 3 © q s l M : ë

H \ Z } É r ì r K 0 p x õ " î ô Ç © ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e ¦, r] X ì ø Í& h _ ¸ ª õ µ 1 ßl _ o\ ¦ s 6 x # r « Ñ³ ð 0 A\ 3 " é ¶ Ü

¼ Ð $ í © ô Ç p [ j & ñ ¸ ' a8 £ ¤½ + É Ã º e . Si(100) ³ ð _

: £ ¤$ í É r õ < Æl Õ ü t& h \ " f B Ä º × æ כ ¹ Ù ¼ Ð z ´+ « >

h s s : r& h Ü ¼ Ð ´ ú § É r ½ ¨ ' ÷ &# Q M ® o . Si(100) r

« Ñ_ (2 × 1), c(4 × 2), p(2 × 2) x 9 c(4 × 4)ü < ° ú É r

¨ ¸ © s \ @ /ô Ç ½ ¨ H þ j H t ¸ Ö ¸µ 1 Ïy ' ÷ & ¦ e

. : £ ¤ y Si(100) (2 × n) ½ ¨ ¸ © s _ ½ ¨\ ¦ 0 AK " f r

« Ñ : r ¸_ / å L5 Å qô Ç Í ty [1, 2], Ar

bombardment Ê ê\

\ P [3], í ß è8 £ x » 1 Ï Ã Ì [4], Ã º è8 £ x » 1 Ï Ã Ì [5] 1 p x # Q ~ ½ ÓZ O Ü

¼ Ð Si(100) ³ ð 0 A\ (2 × n) (6 ≤ n ≤ 12) < Ê ½ ¨ ¸

¦ + þ A$ í r ( [6,7]. c(4 × 4) ½ ¨ ¸ © s _ â Ä º\ ´ ú § É r s

: r õ ª ô Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð z ´+ « >s ' ÷ &# Q e . : r ½ ¨ z

´\ " f H þ j H \ í H Ã ºô Ç Si(100) (2 × 1)½ ¨ ¸\ ¦ \ P © I

\ " f 0 A& h Ü ¼ Ð ò ø Í èÔ ¦í HÓ ü t` ¦ Å Ò{ 9 # ½ ¨ ¸ © s

¦ { 9 Ü ¼v H " é ¶ s ò ø Í èe ` ¦ Ð ¸ e [8,9]. : r z

´+ « >\ " f H Si(100) (2 × 1)_ L : F Mô Ç r « Ñ³ ð 0 A\ s

: r Ø æ ` ¦ ô Ç Ê ê\ \ P # (2 × n) like RHEED J

¦ ë ß [ þ t ¦, \ 9 E $ l ^ \ ¦ ì r # c(4 × 4) Ð ½ ¨ ¸ ©

s { 9 # Qz ` ¦ S X % i .

II. ÷ m Ç] M öX ê sV õ m Í U ê s0 n É

1. ÷ m Ç] M öX ê sV

Main chamber\ ¦ í ¦ / B N Ü ¼ Ð ë ß [ þ 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)\ ¦ % i . í ¦ / B N 6

x main chamber \ H l ^ Å Ò{ 9 l ü < RHEED © q \ ¦ [ O u

% i ¦, load lock chamber\ H s : r bombardment\ ¦ 0 AK " f s : r8 ú x s © Ã Ì÷ &% 3 .

Chamber ? /Â Ò # 4 Ü ¼ ÐÂ Ò' _ l ^ ~ ½ ÓØ ¦` ¦ þ j è o l

0 A # 6 x l ? /Â Ò\ ¦ electron polishing % i ¦, 6 x l \ H

band heater\ ¦ [ O u # * 3 á Ô 1 l x × æ \ ¸ 300

C t

½ ¨ 7 Hë H Ar

s : r Bombardment\ ¦ s 6 xô Ç Si(100) ½ ¨ ¸ © s ½ ¨ – ^ Å Ò F g 1 p x -181-

baking ½ + É Ã º e ¸2 ¤ % i . r « Ñ_ 0 Au ¸] X ` ¦ 0 Aô Ç manipulator ü < s : r gauge [ O u ÷ &% 3 .

RHEED © q H Vieetech _ 30 keV RHEED 8 ú x,

¶ / B N/ å L l ü < r] X J ` ¦ S X l 0 Aô Ç 8

+ þ AF g Û ¼ß ¼ 2 ; Ü

¼ Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e . 8 ú x_ c ß ¼l H f â s 90µms

¦, ¼ # ¾ Ó ï{ 9 \ _ K + þ AF g Û ¼ß ¼ 2 ;\ " f s © ý a Ä

º ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ¹ ¡ §f { 9 Ã º e . · ú _ # 3 0 A H 5 ∼ 30 keV s

9 s \ É r emission À Ó H 10 ∼ 60µAs . : r

¨\ " f H q §& h µ 1 ß ¦ \ Vo ô Ç © ` ¦ % 3 l 0 A # 30 keV, 60µA# 3 0 A\ " f z ´+ « >` ¦ % i .

Load lock chamber © é ß Â Ò\ H Anelva _ 5keV s : r 8

x` ¦ 45° Ð © Ã Ì # r « Ñ\ s : r bomabardment\ ¦ ½ + É Ã

º e ¸2 ¤ % i ¦, ï ß À Ó l ^ ì r$ 3 l (Residual Gas Anal- yser : RGA)\ ¦ [ O u % i . Ð' o * 3 á Ô, ' Ð ì r * 3 á

Ô\ ¦ # ¦ / B N` ¦ ë ß [ þ t ¦ s : r gauge ü < x m gauge Ð / B N ¸\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i . s : r8 ú x \ Å Ò{ 9 ÷ & H Ar l

H í ¦ / B N6 x variable leak valve \ 1/4

SUS(steel use stainless) s á Ô Ð ÷ &# Q l ^ _ ª ` ¦ p è ¸ ] X

¸2 ¤ ÷ &# Q e . 5 Å q · ú É r 0.1 ∼ 5 keV t ¸] X

0 p x ¦ emission À Ó H 0 ∼ 30 mA Ð ¸] X ) a . s : r

À Ó H 5 µA s s 9, s : r À Ó x 9 ¸ H 200 µA/cm

s

s . Õ ªo ¦ Å Ò Å Ò Ã º H x» ¡ ¤ É r 15 , y» ¡ ¤ É r 500

, ¼ # ¾ Ó Å Ò ; ¤ É r 10 × 10 s . r « Ñ_ À Ó 8 £ ¤& ñ # 3 0