¤} º× Dc Ü R Si(001) »ì Å ü; c" e Æ W ¥ Ì ¦ R 8 ý ÿ Y c lÊ Ý ½ Ê m
»¦ 0 ï F · + ä ) o * > ∗
· ¡ ¤ @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , s o < Æ ½ ¨ è, Å Ò 561-756 (2009¸ 2 Z 4 9{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
]
j{ 9 " é ¶ o > í ß ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # H/Si(001) ³ ð _ 3t 0 p x ô Ç © I (2×1, 1×1, 3×1) 0 A\ " f, Ag
~ Ã
Ì} $ í © _ íl © I \ ¦ s K H X < × æ כ ¹ô Ç Ag " é ¶ _ f ¨ Ã Ìõ S X í ß ` ¦ > í ß % i . f ¨ Ã Ì\ -t \ ¦
>
í ß K " f y ³ ð î ß & ñ ) a 0 Au \ ¦ ¹ 1 Ô ¤ . © î ß & ñ ) a 0 Au _ f ¨ Ã Ì\ -t H 2×1 ³ ð \ " f H 0.79 eV s ¦, 1×1õ 3×1 ³ ð \ " f H y y 0.32 eVü < 0.58 eVs . S X í ß ` ¦ ¬ ¹ l 0 AK " f potential energy surface(PES)\ ¦ ¸ K 0 p x ô Ç S X í ß â Ðü < S X í ß © # 4 ` ¦ ³ ð Z > Ð > í ß Ù þ ¡ . y ³ ð Z > S X í
ß © # 4 É r 2×1 É r 0.06 eV, 1×1 õ 3×1 É r y y 0.15 eVü < 0.39 eVs . f ¨ à Ì\ -t ü < S X í ß © # 4 ¸¿ º L
: F M ô Ç Si(001) ³ ð \ q K B Ä º ± ú ¤ . s õ H Å Ò ' V , & ³p â (STM) z ´+ « >õ ¸ ¸ ú { 9 u ô Ç .
PACS numbers: 68.43.Bc, 68.35.-p, 68.43.Jk
Keywords: Ag/H/Si(001), f ¨ Ã Ì" é ¶ (adatom), ] j{ 9 " é ¶ o > í ß , & Á ú ¢l $ í © (epitaxial growth)
I. " e  ] Ø
ì
ø Í ¸^ ³ ð 0 A\ & Á ú ¢l $ í © (epitaxial growth)` ¦ s 6
x # · û ª É r F K5 Å q ~ Ã Ì} ` ¦ $ í © r v H { 9 É r ³ ð õ < Æ_
×
æ כ ¹ô Ç ë H ] j[ þ t × æ s . í H ¸ Z } É r · û ª É r F K5 Å q ~ Ã Ì}
`
¦ % 3 l 0 AK " f H $ í © ~ ½ Ód ` ¦ ¸ ú ¸] X H כ s × æ כ ¹ô Ç X
<, s Qô Ç $ í © ~ ½ Ód É r f ¨ à Ì" é ¶ _ s 1 l x ¸ü < ³ ð ç ß Ä
»\ -t ç H+ þ A\ _ K " f & ñ ) a [1]. " f, ì ø Í ¸^ l ó
ø Í 0 A\ É r " é ¶ Ð · û ª É r 8 £ x` ¦ Á ú ¢> ÷ & , ¿ º " é ¶ _ î r 1
l
x < Æ& h $ í | 9 õ \ -t < Æ& h $ í | 9 ¸¿ º > ÷ & ¦, " é ¶ _
$ í © ~ ½ Ód % i r > ) a . \ V\ ¦ [ þ t , Ag " é ¶ H L :
F
M ô Ç Si(001) ³ ð \ " f H Stranski-Krastanov(SK) ~ ½ Ód Ü
¼ Ð $ í © t ë ß , Ã º è o ) a Si(001) ³ ð \ " f H Volmer- Weber(VW) ~ ½ Ód Ü ¼ Ð $ í © ô Ç [2]. s Qô Ç ³ ð ½ ¨ ¸ _
î r1 l x < Æ& h $ í | 9 õ \ -t < Æ& h $ í | 9 ` ¦ ¸¿ º Ë ¨ H à º
è W = j Ë µ8 £ x _ % i ½ + É\ @ /ô Ç s K H ¸ è _ 6 £ x6 x 0 p x
$ í
õ Ã º èü < ì ø Í ¸^ s _ © ñ 6 x` ¦ ¶ ú x H X < Å Ò
×
æ כ ¹ [2–10].
Ag " é ¶ H à º è o ) a Si(001) ³ ð \ " f à º èü <_ u ¨ 8 f
¨ Ã Ì [10,12]s { 9 # Q t · ú §l M :ë H \ × þ & h f ¨ Ã Ì` ¦ s 6
x # ¸ ß ¼l _ è \ ¦ ë ß × ¼ H X < & h { © . s \ ¦ _
, Sakurai 1 p x É r Å Ò ' V , & ³p â (STM)` ¦ s 6 x # H/Si(001)2×1 ³ ð 0 A\ dangling bond sites\ ¦ ë ß [ þ t # Q Ag " é ¶ \ ¦ × þ & h Ü ¼ Ð f ¨ Ã Ìr ( ¦ [3], Kogaü < Ohno_
∗
E-mail: [email protected]
â
Ä º\ H H/Si(001)2×1 ³ ð \ " f Bi " é ¶ \ ¦ s 6 x Ag ¸ ` ¦ ë ß [ þ t à º e 6 £ §` ¦ Ð% i [5]. s Qô Ç ³ ð 0 A
\
" f × þ & h f ¨ Ã Ì` ¦ : x ô Ç $ í © É r ³ ð _ î r1 l x < Æ& h $ í | 9 õ
\ -t < Æ& h $ í | 9 \ " f & ñ ) a . H/Si(001) ³ ð 0
A\ " f Ag " é ¶ _ f ¨ Ã Ìõ S X í ß ½ ¨ H s Qô Ç $ í | 9 [ þ t` ¦ s
K H X < B Ä º × æ כ ¹ . L : F M ô Ç Si(001) ³ ð 0 A\ " f Ag " é ¶ _ f ¨ à Ìõ S X í ß [13] É r s p ´ ú §s ½ ¨÷ &# Q M ® o t ë
ß , H/Si(001) ³ ð \ " f Ag " é ¶ _ f ¨ à Ìõ S X í ß É r  Òì r
&
h Ü ¼ Ðë ß Ð ¦÷ &# Q M ® o` ¦ ÷ r s .
s
½ ¨\ " f H ] j{ 9 " é ¶ o > í ß ` ¦ s 6 x # , H/Si(001)
³
ð _ 0 p x ô Ç 3t © I (2×1, 1×1, 3×1) [11] 0 A\ Ag
~ Ã
Ì} $ í © _ íl © I \ ¦ s K H X < × æ כ ¹ô Ç Ag " é ¶ _ f
¨ Ã Ìõ S X í ß ` ¦ ½ ¨ % i . ³ ð ç ß f ¨ Ã Ì\ -t \ ¦ q § K
Ð , H/Si(001) ³ ð É r L : F M ô Ç Si(001) ³ ð [13]\ q K
Ag " é ¶ _ f ¨ Ã Ì\ -t F g © y . M :ë H \ L : F M ô Ç Si(001) ³ ð õ H/Si(001) ³ ð s / B N > r ½ + É â Ä º Ag " é ¶
H L : F M ô Ç Si(001) ³ ð \ f ¨ Ã Ì | ¨ c כ s . S X í ß É r [ j â Ä º
¸¿ º S X í ß © # 4 s L : F M ô Ç Si(001) ³ ð \ q K ± ú . M :ë H
\
H/Si(001) ³ ð \ " f Ag " é ¶ _ S X í ß É r L : F M ô Ç Si(001)
³
ð \ q K Ø Ô> { 9 # Q± ú כ s . s õ [ þ t É r Å Ò ' V ,
& ³p â (STM) z ´+ « > [3]õ ¸ ¸ ú { 9 u ô Ç .
II. 4 m U ê s0 n É
VASP [14] ï× ¼\ ¦ s 6 x # ³ ð " é ¶ ½ ¨ ¸\ ¦ > í ß
% i . s > í ß \ " f " é ¶ ü < ç ß _ © ñ 6 x É r ul-
-574-
Fig. 1. Top views of hydrogen-terminated Si(001) sur- faces with adsorption sites (indicated by filled circles) for a single Ag adatom. See the text for explanation of the adsorption sites. The surface unit cells used in the calculation are represented by the thick solid lines in the (a) 2×1 monohydride, (b) 1×1 dihydride, and (c) 3×1 monohydride plus dihydride surfaces.
trasoft pseudopotential [15]` ¦, ü < ç ß © ñ 6
x É r { 9 ì ø Í l Ö ¦ l H (generalized gradient approxi- mation:GGA) [16]\ ¦ 6 x % i . ³ ð É r supercell` ¦ +
"
f ¸ % i ¦, supercell\ H Si " é ¶ 8 £ x # $ Á > hü < ¿ º a
9.9 ˚ A / B N8 £ x s í < Ê÷ &# Q e . ± p A 8 £ x _ Si É r Ã
º è" é ¶ \ ¦ ¿ º > hm ½ + Ë # Ö ¸$ í ` ¦ \ O Ó x . > í ß \
H ¿ º 7 á x À Ó_ supercell` ¦ 6 xÙ þ ¡ H X <, H/Si(001)2×1 õ H/Si(001)1×1 É r p(4×4)` ¦ H/Si(001)3×1 É r p(6×3)` ¦ y y
6 x % i (Fig. 1). l $ Ð 6 x ô Ç ¨ î _ þ j@ /î r 1
l
x \ -t H 13 Ry s ¦ k / B N ç ß & h ì r \ H p(4×4) H 2×2 Õ
ªÓ ü tè H` ¦, p(6×3) É r 1×3 Õ ªÓ ü tè H` ¦ 6 x % i . ¨ î + þ A" é ¶
½ ¨ ¸\ ¦ % 3 l 0 AK " f © A 8 £ x Si õ H\ ¦ ] jü @ ¦ j Ë
µ_ ß ¼l 0.02 eV/˚ A s ÷ & ¸2 ¤ ½ ¨ ¸\ ¦ ¢ - a or (
.
III. + s ÇÊ Ý õ m Í w ² o
1. ¤} º× Dc Ü R Si(001) »ì Å ü; c" e Æ W ¥ Ì ¦ R 8 ý ÿ Y c l
üV
1) Ag/H/Si(001)2 × 1
p(4×4) ß ¼l _ supercell` ¦ 6 x # H/Si(001)2×1 ³ ð
\ " f Ag " é ¶ _ f ¨ Ã Ì : £ ¤$ í ` ¦ ¸ % i . F g# 3 0 A >
¸ ô Ç õ 3> h_ î ß & ñ ) a 0 Au \ ¦ ¹ 1 Ô ¤ . s [ þ t É r s Ö ©
H dimer × ¦ _ dimer s \ e H cave(C), ° ú É r dimer × ¦ _
¿ º dimer s \ e H pedestal(P), 4 > h_ dimer s
Table 1. Calculated adsorption energies for various ad- sorption sites on the 2×1, 1×1, and 3×1 structures of the H-terminated Si(001) surfaces (see Fig. 1).
Surface Adsorption sites E
ad(eV)
2×1 C 0.79
H 0.76
P 0.57
1×1 HP 0.32
3×1 P 0.58
H 0.51
\
e H hollow(H) 0 Au s [Fig. 1(a)]. y f ¨ Ã Ì0 Au _ î ß
&
ñ $ í ` ¦ · ú l 0 AK " f f ¨ Ã Ì\ -t (E
ad)\ ¦ > í ß % i . f ¨
Ã
Ì\ -t H E
ad= −(E
Ag/H/Si(001)− E
HSi(001)− E
Ag) ü <
° ú
s & ñ _ ) a . # l " f E
Ag/H/Si(001)ü < E
H/Si(001) H y y H/Si(001) ³ ð \ Ag " é ¶ f ¨ Ã Ì ¿ ` ¦ M :_ ^ \ - t
ü < L : F M ô Ç H/Si(001) ³ ð _ ^ \ -t s ¦, E
Ag H Û
¼ 2 ;s e H Ag " é ¶ ô Ç > h_ \ -t s . © î ß & ñ ô Ç f
¨ Ã Ì 0 Au H C Ð" f f ¨ Ã Ì\ -t H 0.79 eV s . 6 £ § Ü ¼
Ð î ß & ñ ) a 0 Au H f ¨ Ã Ì \ -t 0.76 eV H X <, C ü
< H s \ O . P_ f ¨ Ã Ì\ -t H C Ð 0.22 eV
(Table 1).
C 0 Au _ f ¨ Ã Ì ½ ¨ ¸\ ¦ Ð , ª A á ¤ dimer \ e H 2 > h _
Si " é ¶ s \ Ag " é ¶ o ¸ ú ¦ e [Fig. 2(a)].
Ag " é ¶ ü < Ag " é ¶ H % \ e H dimer Si " é ¶ ç ß o
H 2.75 ˚ A s ¦, Ag " é ¶ ü < H % _ H " é ¶ ü < o H 2.90 ˚ A s . A A á ¤ _ 4> h_ subsurface Si " é ¶ ü < H 2.98
˚ A b # Q4 R e . s Ag-Si o H L : F M ô Ç ³ ð \ f ¨ Ã Ì
| ¨
c â Ä º(∼2.5 ˚ A [13]) Ag/H/Si(111)\ " f Ag Si\
Ð ½ + ˽ + É â Ä º(2.42 ˚ A) [4] \ q K " f © { © y ß ¼ .
"
f, Agü < H/Si(001)2×1 ³ ð õ ½ + ˧ 4 s Ag/Si(001)s
Ag/H/Si(111)\ q K 8 . Dimer × ¦ ç ß o \ ¦ q
§K Ð , Ag " é ¶ [ þ t # Qç ß â Ä º s Ö © dimer \ e H Si " é ¶ ç ß o Ag \ O ` ¦ M : Ð 0.11 ˚ A 8 Z þ t # Qz ¤
¦, H " é ¶ ç ß o H 0.15 ˚ A 8 Z þ t # Qz ¤ . Dimer × ¦ s
\ Ag " é ¶ [ þ t # Q° ú Ø æì r ô Ç / B N ç ß s e 6 £ § \ ¸ dimer
×
¦ ç ß o 7 £ x ô Ç כ É r Ag " é ¶ H " é ¶ \ ¦ x 9 # Q? /
H כ ` ¦ r ô Ç .
° ú
É r 0 Au _ L : F M ô Ç Si(001) ³ ð õ q §K Ð Ag
"
é
¶ _ f ¨ Ã Ì\ -t Si(001) ³ ð \ q K 2.3 eV & ñ ¸
8 ß ¼ [13]. s H L : F M ô Ç ³ ð \ " f H Ag ü < Si s \ /
B
N Ä » ½ + Ës + þ A$ í ÷ &t ë ß Ã º è W = ³ ð \ " f H Å Ò
ô Ç o < Æ ½ + Ës + þ A$ í ÷ &l M :ë H s . " f, Si(001)õ
H/Si(001) s ³ ð \ " f / B N > r ½ + É â Ä º ] j ÷ &t · ú § É r dan-
gling bond A á ¤ _ f ¨ Ã Ì\ -t 2 eV s © ß ¼l M :ë H \
!
!
I
J
K
)O ;Q 0
Fig. 2. Perspective views of the most stable adsorption structures with Ag at the (a) C, (B) HP, and (C) P sites on the 2×1, 1×1, and 3×1 surfaces, respectively. Atomic distances between atoms are in ˚ A.
H/Si(001) A á ¤ \ f ¨ Ã Ì ÷ &l Ð H Si(001) A á ¤ \ f ¨ à Ì÷ & H
כ
` ¦ 8 ñ½ + É כ s . z ´] j Ð ¿ º ½ ¨ ¸ / B N > r ô Ç ³ ð
\
@ /ô Ç STM z ´+ « >\ " f, Ag " é ¶ [ þ t s Si(001)\ | 9 × æ ÷ &
#
Q e H כ s ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 [3]. ½ ¨ ¸& h 8 £ ¤ \ " f ¶ ú ( R
Ð , Ag/Si(001)\ " f H dimer \ e H dangling bond ü <
Ag " é ¶ ç ß / B N Ä » ½ + Ës { 9 # Q l M :ë H \ , C 0 Au \ " f dimer[ þ t s Ag " é ¶ A á ¤ Ü ¼ Ð u Ä ºu H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e [13]. t ë ß , Ag/H/Si(001)\ " f H Ag " é ¶ Si " é ¶ \ ¦ x 9
# Q? / dimer ç ß o \ ¦ 7 £ x r . s כ É r ½ + ˽ + É Ã º e
H dangling bond H " é ¶ \ _ K t ¦, @ / \
ô Ç o < Æ ½ + Ë` ¦ H Si " é ¶ [ þ t õ H " é ¶ [ þ t ë ß > r F l
M :ë H s . " f f ¨ Ã Ì\ -t B Ä º ± ú .
2) Ag/H/Si(001)1 × 1
H/Si(001)2×1 õ ° ú É r ß ¼l _ supercell` ¦ 6 x % i .
2×1 õ ° ú s F g# 3 0 A > ¸ ô Ç õ , 1> h_ î ß & ñ ) a f ¨
Ã
Ì 0 Au \ ¦ ¹ 1 Ô ¤ . s 0 Au H 2×1 \ " f H ¢ ¸ H P \ K { ©
÷
& H 0 Au hollow or pedestal(HP)s [Fig. 1(b)]. 2×1õ
° ú
É r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð f ¨ Ã Ì\ -t \ ¦ > í ß % i (Table 1). î ß & ñ
)
a 0 Au HP_ f ¨ Ã Ì\ -t H 0.32 eV s . Õ ªa Ë > 2(b) H HP 0 Au \ " f Ag " é ¶ _ f ¨ Ã Ì ½ ¨ ¸\ ¦ Ð# ï r . î ß & ñ ) a HP 0 Au _ ½ ¨ ¸\ ¦ ¶ ú ( R Ð [Fig. 2(b)], Ag " é ¶ ü <, 0 Au
É r ¿ º 7 á x À Ó_ Si " é ¶ ç ß o y y 2.84, 3.22 ˚ A s
¦, Ag " é ¶ ü <, 0 Au É r [ j 7 á x À Ó_ H " é ¶ [ þ t ç ß _ o
H y y 2.52, 2.54, 3.00 ˚ A s . Õ ªa Ë > 2(b)\ ¦ ¶ ú ( R Ð , Ag " é ¶ Si õ H " é ¶ [ þ t` ¦ ¸¿ º x 9 # Q ? / H כ ` ¦ ^ ¦ à º e
. " f, 2×1\ " fü < ð ø Ít Ð 1×1\ " f Ag " é ¶ ü
< Siõ H, ¿ º " é ¶ [ þ t s \ H ' § 4 s 6 x ô Ç . 2×1õ q
§K Ð , f ¨ Ã Ì\ -t ∼0.47 eV & ñ ¸ 8 É r X <, s
כ É r 1×1 \ " f H ' § 4 ` ¦ 6 x H Ã º è ´ ú §l M :ë H
כ
Ü ¼ Ð Ð .
3) Ag/H/Si(001)3 × 1
p(6×3) ß ¼l _ supercell` ¦ 6 x # > í ß % i ¦, 2 × 1 õ 1×1ü < ° ú É r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 2> h_ î ß & ñ ) a f ¨ Ã Ì 0 Au \ ¦ ¹ 1 Ô
¤ . f ¨ Ã Ì\ -t H · ú ¡] X _ H/Si(001)2×1õ ° ú s > í ß
% i (Table 1). © î ß & ñ ) a f ¨ Ã Ì 0 Au H P 0 Au Ð f ¨
Ã
Ì\ -t H 0.58 eV s . ¿ º P : Ð î ß & ñ ) a 0 Au H H 0 A u
Ð P\ q K f ¨ Ã Ì\ -t 0.07 eV É r 0.51 eV s .
" f, 3×1 ½ ¨ ¸\ " f Ag " é ¶ H Å Ò Ð P 0 Au < Ê É r H 0 A u
\ f ¨ Ã Ì | ¨ c כ s . © î ß & ñ ) a f ¨ Ã Ì 0 Au P 0 Au \
"
f_ f ¨ Ã Ì ½ ¨ ¸\ ¦ ¶ ú ( R Ð , Ag " é ¶ H Å Ò \ e H 4 > h _
Hü < H 2.74 ˚ A b # Q4 R e ¦ A \ e H 4 > h_ Siü < H 2.81 ˚ A b # Q4 R e . 3×1 ½ ¨ ¸ H 2×1 \ q K " f H f ¨ Ã Ì
\
-t ¦ 1×1\ q K " f H f ¨ Ã Ì\ -t H X <, s
כ
É r · ú ¡] X \ " f / å L ô Ç ü < ° ú s , Ag " é ¶ H % \ Ã º è _
Ì Ã º 2×1 Ð H ´ ú § ¦ 1×1 Ð H & h l M :ë H{ 9 כ s
.
2. Ag Ì ¦ R 8 ý ½ Ê m
f
¨ Ã Ì ) a Ag " é ¶ _ S X í ß â Ðü < S X í ß © # 4 ` ¦ · ú l 0 A K
" f y ½ ¨ ¸\ " f potential energy surface(PES)\ ¦ > í ß
% i (Fig. 3). H/Si(001) ³ ð \ " f Ag " é ¶ H Si f ¨ Ã Ì
"
é
¶ ü < ° ú É r u ¨ 8 f ¨ Ã Ì [10,12] É r { 9 # Q t · ú §l M :ë H \ PES > í ß É r H/Si(001) ³ ð 0 A\ " f Ag " é ¶ _ S X í ß ` ¦
¬
¹ l \ a % ~ . PES\ ¦ % 3 l 0 AK " f ³ ð \ " f ê ø Íô Ç
~
½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ¦& ñ ô Ç Ag " é ¶ \ ¦ H/Si(001) ³ ð Ð 2.2 ˚ A 0
A\ Z ~ ¦, Å Ò " é ¶ [ þ t É r ¸ H ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð, Ag " é ¶ H Ã º f
~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ðë ß ¹ ¡ §f s > Ù þ ¡ . s Qô Ç > í ß ` ¦ p(1×1) { ©
36 > h_ 0 Au \ " f ì ø Í4 ¤ % i .
Fig. 3. Calculated potential energy surfaces (PESs) for a single Ag adatom on (a) the 2×1,(b) 1×1, and (c) 3×1 structures of H/Si(001), respectively. Open and filled cir- cles indicate stable sites and saddle points, respectively.
Energy scale bar in eV is shown in the right of PESs.
1) Ag/H/Si(001)2 × 1
PES(potential energy surface)\ ¦ : x K " f 0 p x ô Ç S X í ß
â
Ð\ ¦ ¹ 1 Ô Ð ¦, S X í ß © # 4 (E
b)` ¦ > í ß % i (Table 2).
Dimer × ¦ õ ê ø Íô Ç ~ ½ Ó ¾ Ó_ S X í ß ` ¦ Ð , dimer × ¦ \ P : x
Ð\ ¦ S X í ß H C→H _ â Ä º\ H S X í ß © # 4 (E
b) s 0.06 eV s ¦ dimer × ¦ î ß \ " f dimer\ ¦ Å # Q" f S X í ß H P→P _ â Ä º\ H S X í ß © # 4 (E
b) É r 0.44 eV s . " f dimer × ¦ õ ê ø Íô Ç ~ ½ Ó ¾ Ó_ S X í ß É r P →P â Ð\ ¦
"
f S X í ß l Ð H C→H→C â Ð\ ¦ " f S X í ß ô Ç .
Dimer × ¦ õ Ã ºf ô Ç ~ ½ Ó ¾ Ó_ S X í ß ` ¦ Ð , 0 p x ô Ç S X í ß â
Ð H H→P s ¦, s â Ä º_ S X í ß © # 4 (E
b) É r 0.58 eV s .
s
כ É r dimer × ¦ õ ê ø Íô Ç ~ ½ Ó ¾ Ó_ S X í ß © # 4 Ð 0.52 eV Z
} É r ° ú כs . " f, H/Si(001)2×1 ³ ð \ " f Ag " é ¶ H dimer × ¦ s \ " f dimer × ¦ õ ê ø Í > S X í ß ¦ dimer
Fig. 4. Total energy variation as the adatom moves along dimer rows through metastable sites H and C. The ar- row in the picture corresponds to the arrow in Fig. 3(a) indicating the direction of the graph. Letters H and C in square brackets correspond to positions H and C in Fig. 3(a), respectively.
×
¦ õ Ã ºf Ü ¼ Ð H ¹ ¡ §f s t · ú § H s ~ ½ Ó$ í ` ¦ Ð . : r 7 H ë
H _ S X í ß © # 4 õ S X í ß â Ð H Koga ü < Ohno [5]_ > í ß
õ ü < @ /Â Òì r q §& h ¸ ú { 9 u t ë ß , C→H→C â Ð_
â
Ä º S X í ß © # 4 s Ä ºo > í ß s ∼0.07 eV ± ú . s \ ¦ S X
l 0 AK Õ ªa Ë > 3(a)_ o¶ ú ³ ð ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð \ -t o\ ¦
¸ % i (Fig. 4). Õ ªa Ë > 4\ " f Ð1 p w s S X í ß © # 4 s B Ä
º ± ú C→H→C â Ð\ ¦ : x ô Ç S X í ß s B Ä º ¸ ú { 9 # Qz
`
¦ S X ½ + É Ã º e . L : F M ô Ç Si(001) ³ ð \ " f H dimer × ¦
\
ê ø Íô Ç S X í ß õ à ºf S X í ß ¸¿ º S X í ß © # 4 s ∼0.51 eV Ð 1 p x ~ ½ Ó$ í ` ¦ Ð [13]. L : F M ô Ç Si(001) ³ ð \ q K H/Si(001) ³ ð _ S X í ß © # 4 s B Ä º l M :ë H \ Ag " é ¶
_ S X í ß É r L : F M ô Ç ³ ð \ q K B Ä º ¸ ú { 9 # Qè ß . s כ
É
r L : F M ô Ç Si(111) ³ ð Ð H/Si(111) ³ ð \ " f Ag " é ¶
_ S X í ß s 8 ¸ ú { 9 # Q H כ õ Ä » [6].
2) Ag/H/Si(001)1 × 1
Õ
ªa Ë > 3(b)\ " f Ð1 p w s Ag " é ¶ _ S X í ß É r Å Ò Ð ¿ º ~ ½ Ó
¾ ÓÜ ¼ Ð { 9 # Q± ú כ e ` ¦ · ú Ã º e . Si-H ½ + Ë õ ê
ø Íô Ç ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð S X í ß H â Ä º(HP→a→HP)\ H S X í ß ©
# 4
(E
b) É r 0.15 eV s ¦, Si-H ½ + Ë õ Ã ºf ô Ç ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð S X
í ß H â Ä º(HP→b→HP)\ H S X í ß © # 4 (E
b) É r 0.24 eV s . 2×1 ³ ð õ q §K Ð S X í ß © # 4 É r ç ß 7 £ x
¦ S X í ß s ~ ½ Ó$ í É r & ³$ y y è H X <, s כ É r dimer
×
¦ s monomer × ¦ Ð 7 " f S X í ß © # 4 ` ¦ ç ß Z } s ¦, dimer × ¦ \ _ ô Ç s ~ ½ Ó$ í s t l M :ë H כ Ü ¼ Ð Ð
. S X í ß © # 4 0.15 eV H # y É r ° ú כs l M :ë H \
1×1 \ " f ¸ Ag f ¨ Ã Ì " é ¶ H S X í ß s Ö ¸ µ 1 Ͻ + É כ s .
Table 2. Diffusion barriers (E
b) and corresponding en- ergy gains (∆E) for possible diffusion processes on the 2×1, 1×1, and 3×1 structures of H/Si(001).
Surface Process E
b(eV) ∆E
2×1 C → H 0.06 −0.03
H → P 0.58 −0.19
P → P 0.44 -
1×1 HP → a →HP 0.15 -
HP → b →HP 0.24 -
3×1 P → H 0.39 −0.07
P → P 0.47 -
H → H 0.39 -
3) Ag/H/Si(001)3 × 1
2×1, 1×1 õ ° ú s 0 p x ô Ç S X í ß â Ð\ ¦ ¹ 1 Ô Ð ¦, S X í ß
© # 4 (E
b)` ¦ > í ß % i .(Table 2). $ dimer × ¦ õ ê ø Í ô
Ç ~ ½ Ó ¾ Ó_ S X í ß ` ¦ ¶ ú ( R Ð , dimer × ¦ õ monomer × ¦ s
_ : x Ð(H→H)\ ¦ S X í ß ½ + É â Ä º H S X í ß © # 4 (E
b) É r 0.39 eV s ¦, dimer × ¦ î ß \ " f dimer\ ¦ Å # Q" f S X í ß ` ¦ ½ + É
â
Ä º\ H S X í ß © # 4 (E
b) É r 0.47 eV s . " f, dimer\ ¦
Å
# Q" f S X í ß l Ð H dimer × ¦ õ monomer × ¦ s
_ : x Ð\ ¦ " f S X í ß ô Ç . Dimer \ P õ Ã ºf ô Ç ~ ½ Ó
¾ Ó(P→H)_ â Ä º H S X í ß © # 4 (E
b) É r 0.39 eV s .
"
f, à ºf ô Ç ~ ½ Ó ¾ Óõ à º¨ î ô Ç ~ ½ Ó ¾ Ó_ S X í ß © # 4 s " f Ð q 5 p w
l M :ë H \ , H/Si(001)3×1 ³ ð \ " f Ag " é ¶ _ S X í ß É r 1
p
x ~ ½ Ó$ í ` ¦ Ð .
IV. ~ ¿ W d l
]
j{ 9 " é ¶ o > í ß ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # y y _ H/Si(001)2×1, 1×1, 3×1 ³ ð \ " f Ag " é ¶ 1> h f ¨ Ã Ì ) a ³ ð _ " é ¶
½
¨ ¸ü < f ¨ à Ì\ -t \ @ /K " f ¸ % i ¦, 8Ô ¦ # Q Ag " é ¶
_ potential energy surface(PES)\ ¦ > í ß K Ag " é ¶ _
S X í ß â Ðü < S X í ß © # 4 ` ¦ ¸ % i . f ¨ à ̽ ¨ ¸\ ¦ ¶ ú (
R Ð , 2×1 É r C 0 Au \ " f f ¨ Ã Ì\ -t 0.79 eV Ð
© Z } ¤ ¦, 1×1õ 3×1 É r y y HP 0 Au ü < P 0 Au \ " f f
¨ Ã Ì\ -t © Z } ¤ (0.32 eVü < 0.58 eV). L : F M ô Ç Si(001) ³ ð \ q K f ¨ Ã Ì\ -t H ∼2 eV s © ± ú ¤ .
" f, Ag " é ¶ ü < H/Si(001) ³ ð É r q §& h >
½
+ Ë÷ &# Q e . ³ ð Z > Ð q §K Ð 2×1, 3×1, 1×1 í H Ü ¼
Ð f ¨ Ã Ì\ -t Z } É r X <, s כ É r H " é ¶ ü < Ag " é ¶ s
\ ' § 4 s e l M :ë H \ H " é ¶ _ Ì Ã º Z þ t # Qz \
" f f ¨ Ã Ì\ -t ± ú t l M :ë H Ü ¼ Ð Ð . PES : x ô
Ç S X í ß â Ð\ ¦ ¶ ú ( R Ð 2×1_ â Ä º Ag " é ¶ H dimer
×
¦ õ dimer × ¦ s \ " f ê ø Íô Ç ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð Å Ò Ð S X í ß ¦ S X
í ß © # 4 É r 0.06 eV Ð Å Ò ¦, 1×1õ 3×1 â Ä º\ H S X
í ß © # 4 s y y 0.15 eV, 0.39 eV ÷ &% 3 . ³ ð _ ½ ¨
¸& h s M :ë H \ , y ³ ð \ " f S X í ß © # 4 É r ° ú É r 0 Au
½ + Ét ¸ " f Ð 2 £ §` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .
Y
c p w à U Ø ô
[1] M. Copel, M. C. Reuter, E. Kaxiras and R. M.
Tromp, Phys. Rev. Lett. 63, 632 (1989).
[2] A. Yagima and M. Tsukada, Phys. Rev. B 60, 1456 (1998).
[3] M. Sakurai, C. Thirstrup and M. Aono, Phys. Rev.
B 62, 23 (2000).
[4] H. Jeong and S. Jeong, Phys. Rev. B 73, 125343 (2006).
[5] H. Koga and T. Ohno, Phys. Rev. B 74, 125405 (2006).
[6] H. Jeong and S. Jeong, Phys. Rev. B 71, 035310 (2005).
[7] S. Jeong and A. Oshiyama, Phys. Rev. Lett. 79, 4425 (1997); ibid. 81, 5366 (1998).
[8] R. Naik, C. Kota, B. U. M. Rao and G. W. Auner, J. Vac. Sci. Technol. A 12, 1832 (1994).
[9] S. Higai and T. Ohno, Phys. Rev. B 65, 165309 (2002).
[10] S. Jeong and A. Oshiyama, Phys. Rev. B 58, 12958 (1998).
[11] J. E. Northrup, Phys. Rev. B 44, 1419 (1991).
[12] H. Jeong and S. Jeong, J. Korean Phys. Soc. 53, 685 (2008).
[13] K. J. Kong, H. W. Yeom, D Ahn, H. Yi and B. D.
Yu, Phys. Rev. B 67, 235328 (2003).
[14] G. Kresse and J. Hafner, Phys. Rev. B 47, R558 (1993); G. Kresse and J. Furthmuller, ibid. 54, 11169 (1997).
[15] D. Vanderbilt, Phys Rev. B 41, R7892 (1990).
[16] J. P. Perdew and Y. Wang, Phys. Rev. B 45, 13244
(1992).
Adsorption and Diffusion of a Ag Adatom on H-terminated Si(001) Surfaces
Gyu-Hyeong Kim and Sukmin Jeong
∗Department of Physics and Research Institute of Physics and Chemistry, Chonbuk National University, Jeonju 561-756
(Received 9 February 2009)
Using a first-principles calculation method, we investigate the adsorption and diffusion of a Ag adatom on three types of H-terminated Si(001) surfaces (2×1, 1×1, and 3×1), which would be important to understand the initial stages of Ag thin-film growth on H-terminated Si(001) surfaces.
We find stable sites through calculations of the adsorption energy. The adsorption energies of the most stable sites in the 2×1, 1×1, and 3×1 surfaces are 0.79 eV, 0.32 eV, and 0.58 eV, respectively.
We also investigate potential-energy surfaces (PESs) on the three kinds of surfaces and reveal diffusion pathways and diffusion barriers for the Ag adatoms. The lowest diffusion barriers of the 2×1, 1×1, and 3×1 surfaces are 0.06 eV, 0.15 eV, and 0.39 eV, respectively. The calculated adsorption energies and diffusion barriers are lower than those of the bare Si(001) surface. The present results agree well with a recent scanning-tunneling microscopy work.
PACS numbers: 68.43.Bc, 68.35.-p, 68.43.Jk
Keywords: Ag/H/Si(001), Adatom, First-principles calculation, Epitaxial growth
∗
