¤} º× Dc Ü R Si(111) ü; c" e ¹ Å Â \ ¥ # b [ Ì ¦ R 8 ý ÿ Y c l ¤V R Ë ì Å

(1)

¤} º× Dc Ü R Si(111) ü; c" e ¹ Å Â \ ¥ # b [ Ì ¦ R 8 ý ÿ Y c l ¤V R Ë ì Å

+ ä

Ú . > · + ä ) o * > ^∗

· ¡ ¤ @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , Å Ò 561-756 (2004¸ 12 Z 4 30{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

Ã

º è o ) a Si(111) ³ ð õ f ¨ Ã Ì" é ¶ ç ß _ © ñ 6 x` ¦ ½ ¨ % i . s \ ¦ 0 AK " f Å Òl Ö ¦ ³ ð\ " f 3 P :

×

¦_ " é ¶ [ þ t õ , 3d s F K5 Å q, ) F K5 Å q 1 p x` ¦ H/Si(111) ³ ð \ f ¨ Ã Ìr v ¦ " é ¶ x 9 ½ ¨ ¸\ ¦ ] j{ 9 " é ¶ o

> í ß ~ ½ ÓZ O ` ¦ : x K ¶ ú ( R Ð ¤ . " é ¶ _ f ¨ Ã Ì: £ ¤$ í É r f ¨ Ã Ì" é ¶ _ Â Òì r& h Ü ¼ Ð G 0 > Ã º(n)\

@

/K { 9 & ñ ô Ç â ¾ Ó` ¦ Ð# ï r . 7 £ ¤, © I T q ` e H(n = 0) Mg, Zn H ³ ð õ Á º ì ø Í6 £ x` ¦ t

· ú § ¦, n = 1 f ¨ Ã Ì" é ¶ [ þ t (Na, Al, Cu, Ag) É r ³ ð õ ô Ç ½ + Ë` ¦ + þ A$ í ô Ç . ì ø Í \ n ≥ 2 " é ¶

[ þ t É r(IV ∼ VI, 3d s F K5 Å q) ³ ð \ y © > Â Ò Ã Ì÷ & H : £ ¤$ í ` ¦ Ð# ï r . : £ ¤ y s â Ä º\ H ³ ð _ H " é ¶ \ -t © # 4 \ O s µ 1 Ï& h Ü ¼ Ð » 1 Ï Ã Ì| ¨ c Ã º e 6 £ §` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .

PACS numbers: 73.02.At

Keywords: ] j{ 9 " é ¶ o > í ß , H/Si(111), f ¨ Ã Ì" é ¶

I. " e Â ] Ø

³

ð 0 A\ " f Ó ü t| 9 _ $ í © É r ³ ð " é ¶ _ f ¨ Ã Ì x 9 S X í

ß , " é ¶ © ñç ß 6 £ x| 9 õ ° ú É r 4 ¤¸ ú ô Ç õ & ñ ` ¦ u Ù ¼ Ð

0 A& h Ü ¼ Ð s Qô Ç $ í © : £ ¤$ í ` ¦ ] j# Q H כ s ~ 1 t · ú §

. : £ ¤ y # QF Mz (lattice mismatch)s e H s 7 á x " é ¶

è_ $ í © \ " f H 3 " é ¶ $ 3 (island) ½ ¨ ¸ H ~ Ã Ì} _

$ í

© ` ¦ # Q§ > > ô Ç . $ í © : r ¸\ ¦ ± ú Æ Ò ³ ð \ f ¨ Ã Ì÷ &

H " é ¶ _ s 1 l x ¸(mobility)\ ¦ y èr & ~ Ã Ì} ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º

H e t ë ß s â Ä º \ P \ -t & ñ o\ ¦ s À Òl \ -Á º

±

ú l M :ë H \ ª | 9 _ ~ Ã Ì} ` ¦ % 3 l j Ë µ[ þ t # Q . s Qô Ç ë

H ] j& h [ þ t` ¦ K l 0 AK " f ³ ð \ ] j 3_ " é ¶ 8 £ x` ¦ >

Ö ¸$ í ] j(surfactant) Ð ¸{ 9 # ~ Ã Ì} ` ¦ $ í © H ½ ¨

´ ú §s ' ÷ &# Q M ® o [1–14].

&

h

] X ô Ç > Ö ¸$ í ] j\ ¦ ¸{ 9 ³ ð õ > _ Ä »\

-t ü < " é ¶ _ f ¨ Ã Ì x 9 S X í ß : £ ¤$ í ` ¦ or & $ í © ¸× ¼

\

¦ ] j# Q½ + É Ã º e > ) a . : £ ¤ y Si ³ ð 0 A\ H\ ¦ > Ö ¸$ í ]

j Ð 6 x H â Ä º\ $ í © : £ ¤$ í _ o H þ j H t ´ ú §

É

r ½ ¨ ' ÷ &# Q M ® o . Ge\ ¦ Si 0 A\ $ í © r ~ ´ â Ä º, L

: F Mô Ç ³ ð \ " f H $ 3 (island) ¸× ¼ Ð $ í © ¦(Volmer- Weber ¸× ¼) [6] Ã º è o ) a ³ ð \ " f H f ¨ Ã Ì" é ¶ _ S X í ß s

y è÷ & " f layer-by-layer : £ ¤$ í (Frank-van der Merwe

¸× ¼)Ü ¼ Ð ô Ç ¦ · ú 94 R e [7]. ì ø Í \ Ag H Ã º è

o ) a Si ³ ð 0 A\ " f ¸y 9 s 1 l x ¸ 7 £ x ÷ & 9 Stranski

∗

E-mail: jsm@chonbuk.ac.kr

-Krastanov $ í © ¸× ¼ Volmer-Weber ¸× ¼ Ð oô Ç [8–10].

Ã

º è o ) a Si ³ ð \ " f H s Qô Ç $ í © : £ ¤$ í _ o÷ r ë

ß m > © I % i r f ¨ Ã Ì" é ¶ _ 7 á x À Ó\ ª ô

Ç : £ ¤$ í ` ¦ Ð# ï r . Si, Ge_ 7 £ x Ã Ì\ " f H H ½ Ó © $ í

© ~ ½ Ó ¾ Ó 0 AA á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l xô Ç . : £ ¤ y Sis f ¨ Ã Ì÷ & H â Ä º\

H ³ ð \ " f H \ -t © # 4 \ O s µ 1 Ï& h Ü ¼ Ð u ¨ 8 ÷ &

H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e [13,14]. In, Pb_ â Ä º\ H 7 £ x Ã Ì Ê

ê\ ¸ > \ H " é ¶ 8 £ x s # y > r F 9 [11], Ag

f

¨ Ã Ì| ¨ c M : H { 9 Â Ò_ H Si l ó ø Í\ " f b # Q4 R ¦ { 9 Â

Ò H > \ z e H [12]. t ë ß Ã º è o ) a Si ³ ð õ

f ¨ Ã Ì" é ¶ s _ ª ô Ç © ñ 6 x \ @ /ô Ç ´ ú § É r ½ ¨

\

¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ H " é ¶ _ & ñ S X ô Ç % i ½ + É\ @ /K " f H ´ ú § É r

כ

s · ú 94 R e t · ú § .

: r ½ ¨\ " f H > Ö ¸$ í ] j Ð" f Ã º è_ % i ½ + É` ¦ 7 á § 8 & ñ S X

y s K l 0 AK " f ª ô Ç " é ¶ (valency)\ ¦ ° ú H " é ¶

[ þ t s H/Si(111) ³ ð 0 A\ f ¨ Ã Ì| ¨ c M : © ñ 6 x` ¦ ½ ¨

# Ð ¤ . s \ ¦ 0 AK " f $ y " é ¶ [ þ t_ f ¨ Ã Ì½ ¨ ¸\ ¦

>

í ß % i . Õ ªo ¦ ³ ð _ Ã º è" é ¶ _ % i ½ + É` ¦ ¸ l

0 A # y y _ " é ¶ [ þ t s f ¨ Ã Ì| ¨ c M : ³ ð \ " f Ã º è

»

1 Ï Ã Ì÷ & H X < 9 כ ¹ô Ç Ö ¸$ í o \ -t ü < s õ & ñ \ " f

½

¨ ¸\ ¦ ¶ ú ( R Ð ¤ . > í ß õ \ _ " é ¶ _ f ¨ Ã Ì : £ ¤

$ í

É r Â Òì r& h Ü ¼ Ð G 0 > þ jü @y _ Ã º(n) \ @ /K { 9

& ñ ô Ç â ¾ Ó` ¦ Ð H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . 7 £ ¤ n = 0 { 9 M : H ³ ð õ ì ø Í6 £ x` ¦ t · ú § ¦, n = 1 { 9 M : H ô Ç

½ + Ë` ¦ + þ A$ í 9, n ≥ 2 â Ä º H y © ô Ç ½ + Ë` ¦ + þ A$ í

-153-

(2)

H : £ ¤$ í ` ¦ Ð . : £ ¤ y n ≥ 2 " é ¶ f ¨ Ã Ì÷ & H â Ä º

\

H ³ ð \ " f Ã º è" é ¶ \ -t © # 4 \ O s µ 1 Ï& h Ü ¼

Ð ì r o | ¨ c Ã º e 6 £ §` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .

II. 4 mU ê s0 n É

H/Si(111) 1 × 1 ³ ð 0 A\ Å Òl Ö ¦ ³ ð\ " f 3 P : × ¦ _ " é ¶ [ þ t õ 3d s F K5 Å q, ) F K5 Å q(Cu, Ag)` ¦ f ¨ Ã Ìr v

¦ y " é ¶ [ þ t_ x 9 " é ¶ ½ ¨ ¸\ ¦, Ã » ¸ íJ $ [ > ` ¦ s 6

xô Ç ¨ î l $ _ 8 ú x \ -t > í ß ~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 x # > í

ß % i . > í ß \ 6 x ) a ¨ î H 15 Ry_ ] X é ß \ - t

(cutoff energy) t > hr ( . z ´] j Ó ü t| 9 _ ½ ¨

¸\ " f H [ þ t s _ ^ © ñ 6 x s × æ כ ¹ > ¦

9÷ &# Q ô Ç . Õ ª Q & ³z ´& h Ü ¼ Ð Ã º´ ú § É r [ þ t s _

© ñ 6 x` ¦ f ] X & h Ü ¼ Ð 2 [/ å Lô Ç H כ É r Ô ¦ 0 p x Ù

¼ Ð Perdew-Wang 1 p x \ _ K & ñ w n ) a GGA(generalized gradient approximation)~ ½ ÓZ O ` ¦ ¸{ 9 % i [15]. # l \

"

f " é ¶ _ Û ¼ 2 ;\ _ ô Ç ´ òõ H ¦ 9 t · ú § ¤ . Ä ºo

6 xô Ç supercell É r Si " é ¶ 8 £ x s 6> hs ¦, Ã º¨ î Å Òl

H 2 × 2 é ß { 9 ó ø Í ¸+ þ As . ó ø Íõ ó ø Í s H 10 ˚ A_

/ B Nç ß Ü ¼ Ð b # Q4 R e ¦, ± p A A á ¤ Si " é ¶ 8 £ x \ z e

H ½ + ËL : < H(dangling bond) É r " é ¶ { © ô Ç > h_ Ã º

è" é ¶ Ð ] j % i . s Ã º è ÐÂ Ò' 0 A& h j Ë µ` ¦ ~ Ã Î t

· ú § ¸2 ¤ Ã º è " é ¶ 8 £ x õ s ü < ½ + Ë ) a Si " é ¶ 8 £ x É r ¦

&

ñ r ( Ü ¼ 9, Qt " é ¶ [ þ t É r y " é ¶ \ 6 x H j Ë µs 10

⁻³

eV/(a.u.) s { 9 M : t s ¢ - a r & î ß & ñ & h ³ ð

½

¨ ¸\ ¦ % 3 % 3 . 8 ú x \ -t H 3 × 3 k-& h Õ ªÓ ü t` ¦ s 6 x

#

5> h_ k-& h ` ¦ × þ # > í ß % i .

>

í ß _ ø @$ í ` ¦ S X l 0 AK " f { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð ©

H ] X é ß \ -t כ ¹½ ¨÷ & H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e H Ni " é ¶

\

ô Ç # \ -t \ ¦ q § # Ð ¤ . ] X é ß \ -t \ ¦ 20 Ry Ð Z þ tw n = M :ü <, k-& h Õ ªÓ ü t` ¦ 4 × 4 Ð Z þ tw n = M :, ï rî ß & ñ

© I ç ß \ -t s _ o y y 0.05, 0.02 eV\ Ô ¦ õ

Ù þ ¡ . s H Ä ºo 6 xô Ç Ã º Ð % 3 É r õ ø @½ + É Ã

º e 6 £ §` ¦ _ p ô Ç .

III. 4 m + s ÇÊ Ý

Ó

ü t| 9 _ $ í © É r íl f ¨ Ã Ì õ & ñ Ê ê S X í ß , Ó ü æg Ë >, © s 1

p

x_ 4 ¤¸ ú ô Ç õ & ñ ` ¦ : x K ' ) a . s õ & ñ É r f ¨ Ã Ì" é ¶ _

ì ø Í6 £ x$ í ° ú É r ? /Â Ò& h כ ¹ ÷ rë ß m 7 £ x Ã Ì÷ & H " é ¶ _ Ã º, $ í © : r ¸ 1 p x_ ü @Â Ò& h כ ¹ \ _ K " f ¸ % ò ¾ Ó` ¦

~

Ã Î> ÷ & H X < # l \ " f H ü @Â Ò ¨ 8 â \ % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Ît · ú § H

Fig. 1. Stablest geometries of the adatoms f ormed without energy barrier on the H/Si(111) surface for (a) Na, Al, Cu, and Ag, (b) Si, P, and S, (c) Cl, (d) Sc, Ti, V, and Cr, (e) Mn and Fe, and (f) Cr and Ni, respectively.

White, gray, and black spheres denote the substrate Si, H, and adatom, respectively.

f

¨ Ã Ì" é ¶ ü < ³ ð _ í H Ã ºô Ç © ñ 6 x` ¦ × æ& h & h Ü ¼ Ð ¶ ú ( R

Ð ¤ . s \ ¦ 0 AK " f $ / B N × æ \ " f 7 £ x Ã Ì÷ & H " é ¶ _

µ 1 Ï& h f ¨ Ã Ì½ ¨ ¸ü < ½ + Ë\ -t \ ¦ þ j ¦ ¸ â y

l (steepest descent) ~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 x # ½ ¨ % i . s H

"

é

¶ [ þ t` ¦ j Ë µ_ ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð s ¢ - a r & 9 î ß & ñ ) a ½ ¨ ¸\ ¦

>

í ß H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð" f > í ß ) a ½ ¨ ¸ H \ -t © # 4 \ O s

¸² ú ½ + É Ã º e H f ¨ Ã Ì½ ¨ ¸\ ¦ · p ¦ ½ + É Ã º e . þ j í f

¨ Ã Ì" é ¶ H ³ ð 0 A 4 ˚ A_ # Q 0 Au \ Z ~ ¦ " é ¶ ½ ¨ ¸\ ¦

>

í ß % i . Fig. 1 É r © î ß & ñ ) a \ -t © I _ " é ¶

½

¨ ¸\ ¦ · p כ s . " é ¶ ½ ¨ ¸_ ½ + Ë \ -t H Table 1 \ ? /% 3 .

Fig. 1(a) H · ú º ú o F K5 Å q(Na), III7 á ¤ F K5 Å q(Al), Õ ªo ¦ )

F K5 Å q(Cu, Ag)_ f ¨ Ã Ì½ ¨ ¸ s . # l \ " f f ¨ Ã Ì" é ¶ _

Table 1. Valence electron configurations(conf), bind- ing structures(struc), and their binding energies (E

_b

) in eV of the adatoms with various valencies. The binding structures are displayed in Fig. 1, and the binding ener- gies are calculated by E

_b

= E

_sub

+ E

_atom

− E

tot

, where E

_sub

, E

_atom

, E

_tot

indicate the energies of the substrate, adatoms, and binding structures of adatom, respectively.

Note that the binding structures are the stablest geome- tries f ormed without energy barrier.

Atom conf struc E

b

Atom conf struc E

b

Na 2s

¹

a 1.01 V 4s

²

3d

³

d 5.82

Mg 2s

²

- 0.03 Cr 4s

²

3d

⁴

d 6.11

Al 2s

²

3p

¹

a 1.22 Mn 4s

²

3d

⁵

e 6.05

Si 2s

²

3p

²

b 3.20 Fe 4s

²

3d

⁶

e 5.51

P 2s

²

3p

³

b 4.14 Co 4s

²

3d

⁷

f 4.84

S 2s

²

3p

⁴

b 4.73 Ni 4s

²

3d

⁸

f 4.73

Cl 2s

²

3p

⁵

c 1.32 Cu 4s

¹

3d

¹⁰

a 1.73

Sc 4s

²

3d

¹

d 4.61 Ag 5s

²

4d

¹⁰

a 0.51

Ti 4s

²

3d

²

d 5.25 Zn 4s

²

3d

¹⁰

- 0.00

(3)

© î ß & ñ ) a f ¨ Ã Ì0 Au H H

3

( ³ ð \ " f W 1 P : Si " é ¶ 8

£

x Ð 0 A) Ð l ó ø Í(substrate)_ ½ ¨ ¸\ ¦ _ or v t

· ú §Ü ¼ " f ô Ç ½ + Ë` ¦ + þ A$ í H : £ ¤$ í ` ¦ Ð [10].

Na, Al, Cu, Ag " é ¶ _ ½ + Ë \ -t H y y 1.01, 1.22, 1.73, 0.51 eV Ð > í ß ÷ &% 3 .

Fig. 1(b) H IV ∼ VI 7 á ¤ " é ¶ è Si, P, S _ " é ¶ ½ ¨ ¸ Ð, Ã

º è" é ¶ ü < f ¨ Ã Ì" é ¶ u ¨ 8 ÷ & H ½ ¨ ¸ © î ß & ñ ) a

\

-t ½ ¨ ¸ כ Ü ¼ Ð > í ß ÷ &% 3 . Ã º è o ) a Si ³ ð \ Si ½ + Ë| ¨ c M : Ã º è_ µ 1 Ï& h u ¨ 8 É r s p (001) ³ ð õ

[13] (111) ³ ð [14]\ " f ] j{ 9 " é ¶ o > í ß õ µ 1 Ï³ ð ) a

e H X <, s ü < 8Ô ¦ # Q ë B6 £ § ½ + Ë(covalent bonding)` ¦

H P, S _ â Ä º\ ¸ Si õ Ä » ô Ç : £ ¤$ í ` ¦ Ð# Å Ò H כ

`

¦ : r > í ß \ " f S X ½ + É Ã º e % 3 . Si, P, S _ ½ + Ë \ - t

H y y 3.20, 4.14, 4.73 eVs .

Cl " é ¶ H ³ ð \ " f Ã º è" é ¶ \ ¦ ì r o r v ¦ Cl-H

½ +

Ë` ¦ + þ A$ í ô Ç (Fig. 1(c)). s M : Cl " é ¶ H ³ ð \ f ¨ Ã Ì

÷

&t · ú §Ü ¼ 9 é ß t Ã º è" é ¶ \ ¦ b # Q? / H % i ½ + É` ¦ ô Ç .

3d s F K5 Å q × æ Sc, Ti, V, Cr " é ¶ H IV ∼ VI7 á ¤ " é ¶ è ü

< Ä » > Ã º è" é ¶ ü < f ¨ Ã Ì" é ¶ µ 1 Ï& h Ü ¼ Ð u ¨ 8 ) a

(Fig. 1(d)). é ß f ¨ Ã Ì" é ¶ H IV ∼ VI7 á ¤ " é ¶ èü < ² ú o H

3

\ o ¸ ú H . É r 3d s F K5 Å q × æ Fe, Mn õ Ni, Co

"

é

¶ H y y H

₃

ü < T

₄

( ³ ð \ " f ¿ º P : Si " é ¶ 8 £ x Ð 0

A) 0 Au \ f ¨ Ã Ì÷ &% 3 ` ¦ M : © î ß & ñ ) a . s â Ä º\ H Õ

ªa Ë >\ " f Ð1 p w s s Ö ©ô Ç Siõ Hü < ½ + Ë` ¦ + þ A$ í H כ

`

¦ S X ½ + É Ã º e .

Mg, Zn " é ¶ H ³ ð 1\ " f Ð1 p w s ³ ð \ ) f ¨ Ã Ì÷ &

t

· ú § H . s H " é ¶ ½ ¨ ¸\ " f f ¨ Ã Ì" é ¶ ü < ³ ð ç ß _ o

3.8 ˚ A& ñ ¸ Ð Ø æì r y Y O o b # Q4 R e ¦ o 0 >t ¸y 9 \ -t 7 £ x H כ \ " f S X ½ + É Ã º e

% 3 .

s

Qô Ç f ¨ Ã Ì½ ¨ ¸[ þ t \ " f f ¨ Ã Ì" é ¶ ü < ³ ð õ © ñ 6 x

`

¦ ¶ ú ( R Ð Ã º è o ) a Si(111) ³ ð 0 A\ " é ¶ _ f ¨ Ã Ì s

þ jü @y _ Â Òì r& h Ü ¼ Ð G 0 > © I Ã ºü < x 9 ] X ô

Ç ' aº ` ¦ t H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e . 7 £ ¤ Mg(3s

²

), Zn(3d

¹⁰

4s

²

) ü < ° ú s © I T q ` ð ø Í " é ¶ [ þ t É r ³ ð õ

Á º ì ø Í6 £ x` ¦ t · ú § H . Fig. 1(a)_ ½ + Ë` ¦ + þ A$ í

H " é ¶ [ þ t É r ¸¿ º þ jü @y \ 1> h_ Â Òì r& h Ü ¼ Ð G 0 >

© I e (Na : 2s

¹

, Al : 2s

²

3p

¹

, Cu : 3d

¹⁰

4s

¹

, Ag : 4d

¹⁰

5s

¹

). ì ø Í \ 2 > h s © _ Â Òì r& h Ü ¼ Ð G 0 >

© I \ ¦ t H " é ¶ [ þ t(IV ∼ VI7 á ¤ " é ¶ , 3d s F K 5

Å q) É r 3.20 ∼ 6.11 eV & ñ ¸_ y © ô Ç ½ + Ë` ¦ + þ A$ í ô Ç [16].

Ã

º è o ) a Si(111) ³ ð 0 A\ H ¸ H ½ + ËL : < H s Ã º

è" é ¶ ü <_ ½ + Ë\ _ K ] j ÷ &# Q e . " f f ¨ Ã Ì" é ¶

³ ð õ o < Æ& h ½ + Ë` ¦ ë ß [ þ t l 0 AK " f H Si-H _

½ +

Ë < H` ¦ ] j r v ¦ s õ & ñ \ " f ë ß [ þ t # Qt H Si ¢ ¸ H H

"

é

¶ _ ½ + ËL : < H õ ½ + Ë` ¦ ë ß × ¼ H õ & ñ s 9 כ ¹ .

H-Si _ ½ + Ës ] j ÷ & y y _ " é ¶ \ " f ½ + ËL : < H s

ô Ç > hm µ 1 ÏÒ q t÷ &l M :ë H \ î ß & ñ ) a ½ + Ë` ¦ ë ß [ þ t l 0 AK

"

f H f ¨ Ã Ì" é ¶ \ s [ þ t õ ½ + Ë½ + É Ã º e H 2 > h s © _

© I > r F K < Ê` ¦ · ú Ã º e . ì ø Í \ s [ þ t õ

½ +

Ë½ + É Ã º e H 1 > h_ © I ë ß s e H " é ¶ _ â Ä º\ H

³

ð s f ¨ Ã Ì" é ¶ \ 1> h_ ½ + ËL : < H` ¦ z Z ~ > ) a

. Fig. 1(a)_ f ¨ Ã Ì½ ¨ ¸\ ¦ ë ß × ¼ H " é ¶ [ þ t É r Si \ q K

± ú

É r 2 ; o ¸ Ð # ³ ð õ o < Æ& h ½ + Ë` ¦ t

· ú § ¦ f ¨ Ã Ì" é ¶ \ & h Ä »÷ &t · ú § H © I \ ¦ z Z ~

H . ì ø Í \ Cl " é ¶ H Si \ q K 2 ; o ¸ ß ¼l M

:ë H \ [17] ³ ð _ Ã º è " é ¶ Cl " é ¶ Ð s 1 l x H כ Ü

¼ Ð s K ½ + É Ã º e . t ë ß s â Ä º\ ¸ ³ ð \ Si

½ +

ËL : < H` ¦ z Z ~ l M :ë H \ s Qô Ç 7 á x À Ó_ " é ¶ [ þ t É r 1 eV & ñ ¸_ q §& h ± ú É r ½ + Ë \ -t \ ¦ t > ÷ & H כ s

.

s

© õ ° ú s Si ³ ð õ î ß & ñ & h ½ + Ë` ¦ ë ß [ þ t l 0 AK

"

f H 2 > h s © _ ½ + Ë 0 p xô Ç © I > r F K < Ê É r s

K ½ + É Ã º e . Õ ª Q # l \ " f ô Çt F p e H & ³ ©

É

r Ã º è_ » 1 Ï Ã Ìs Á º \ -t © # 4 \ O s µ 1 Ï& h Ü ¼ Ð { 9

# Qè ß H z ´s . As Ga 1 p x` ¦ > Ö ¸$ í ] j Ð 6 x

H â Ä º\ ¸ f ¨ Ã Ì" é ¶ s [ þ t õ u ¨ 8 ÷ & H õ & ñ ` ¦ : x K

î ß & ñ o ) a H כ É r µ 1 ß) e [3,18]. Õ ª Q s

â

Ä º\ H u ¨ 8 õ & ñ \ " f 1 eV & ñ ¸_ H Ö ¸$ í o \ -t

כ ¹½ ¨ ) a . s \ ì ø ÍK Ã º è" é ¶ H \ -t © # 4 \ O s µ

1 Ï& h Ü ¼ Ð u ¨ 8 ÷ & H : £ ¤$ í ` ¦ Ð . s Qô Ç & ³ © ` ¦ 7 á § 8

&

ñ S X y s K l 0 AK " f Ä ºo H y " é ¶ _ f ¨ Ã Ìr Ã º è

"

é

¶ \ ¦ » 1 Ï Ã Ì r v H X < 9 כ ¹ô Ç Ö ¸$ í o \ -t ü < s â Ð

\

" f © I x 9 ¸ o\ ¦ ¶ ú ( R Ð ¤ .

Fig. 2 H ³ ð \ " f 1> h_ Ã º è" é ¶ \ ¦ b # Q ? / H X < 9 כ

¹ô Ç \ -t © # 4 ` ¦ > í ß ô Ç õ s . ± p À »8 £ x Si " é ¶ 8 £ x

\

" f Ã º è" é ¶ _ Z } s \ ¦ 1.5 ∼3 ˚ A t ¸F Km or v

" f \ -t _ o\ ¦ ¶ ú ( R Ð ¤ . ¨ î + þ A © I \ " f H-Si

½ + ËU ´s H 1.5 ˚ A s l M :ë H \ Õ ªa Ë >\ " f Ã º è" é ¶ _ Z } s

3 ˚ A â Ä º H ³ ð \ " f Ã º è" é ¶ » 1 Ï Ã Ì ÷ &% 3 6 £ §` ¦ _ p ô Ç . f ¨ Ã Ì" é ¶ H ³ ð \ Ã ºf ô Ç ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð 3, 4, 5 ˚ A _ { 9 & ñ ô Ç Z } s \ ¦& ñ r ( Ü ¼ 9, f ¨ Ã Ì" é ¶ _ Ã ºf ~ ½ Ó ¾ Ó _ Ä » ¸\ ¦ ] jü @ô Ç ¸ H " é ¶ [ þ t É r Ä »\ v > s ¢ - a| ¨ c Ã º e

¸2 ¤ % i . > í ß õ \ _ Ã º è\ ¦ » 1 Ï Ã Ìr v H õ

& ñ É r f ¨ Ã Ì" é ¶ _ © I \ { 9 & ñ ô Ç â ¾ Ó$ í

`

¦ Ð# Å Òl M :ë H \ # l \ " f H Ag, Si, Sc ô ÇK ? /

% 3 .

f

¨ Ã Ì" é ¶ ü < ³ ð ç ß o 4 ˚ A s © â Ä º\ H ¸ H

"

é

¶ \ " f Ã º è_ » 1 Ï Ã Ì` ¦ 0 AK " f H Ö ¸$ í o \ -t 9 כ

¹ H כ ` ¦ · ú Ã º e . t ë ß f ¨ Ã Ì" é ¶ ³ ð \ " f

(4)

Fig. 2. Total energy variations as a function of the dis- tance between the H and the topmost Si layer (z) for the (a) Ag, (b) Si, and (c) Sc adatoms with fixed distances between the adatom and Si top layer (z

_a_−Si

). Black cir- cles, open circles, and black squares show the calculated values for z

a−Si

= 3, 4, and 5 ˚ A, respectively.

3 ˚ A s ? / Ð ] X H > ÷ & " é ¶ _ 7 á x À Ó\ H » 1 Ï Ã Ì : £ ¤

$ í

s B Ä º ß ¼> o ) a .

Na, Al, Cu, Ag " é ¶ 1 p x É r ³ ð 0 A Ð Á ºo ¾ ú > ] X

H 8 ¸ Ã º è_ » 1 Ï Ã Ìs µ 1 Ï& h Ü ¼ Ð µ 1 ÏÒ q t t H · ú §

H (Fig. 2(a)). s Qô Ç " é ¶ [ þ t_ f ¨ Ã Ì½ ¨ ¸ H ¸¿ º Fig.

1(a)_ + þ AI s 9 þ jü @y \ 1> h_ Â Òì r& h Ü ¼ Ð G 0 >

© I e . ì ø Í \ IV ∼ VI7 á ¤ " é ¶ è(Fig. 2(b)) ü < 3d

s F K5 Å q(Fig. 2(c)) 1 p x É r f ¨ Ã Ì" é ¶ ³ ð \ { 9 & ñ ô Ç o

s ? / Ð ] X H Ã º è" é ¶ µ 1 Ï& h Ü ¼ Ð b # Q4 R ç

ß .

s

Qô Ç & ³ © ` ¦ 7 á § 8 & ñ S X y s K l 0 AK " f Fig. 3\ s

õ & ñ \ " f " é ¶ Z > © I x 9 ¸(site-dependent projected

Fig. 3. Site-dependent projected density of states (SP- DOS) for the (a) Ag, (b) Si, and (c) Sc adatoms with H segregation. Solid, dotted, and dotted-broken lines rep- resent for the SPDOS originated from the substrate Si, H, and adatoms, respectively. The arrows indicate the bonding states of substarte and adatoms (see text). The distances between the adatom and Si top layer (z) and distances between the H and Si top layer(z

_a_−Si

) are (1) 4.0 and 1.5, (2) 3.0 and 1.5, (3) 3.0 and 2.1, (4) 3.0 and 2.7 ˚ A, respectively.

DOS)_ o\ ¦ ? /% 3 . " é ¶ Z > © I x 9 ¸_ > í ß \

H 6 £ §_ d s s 6 x ÷ &% 3 .

D

_j

() = X

i

δ( −

i

) |< φ

j

|Ψ >|

²

(1)

#

l \ " f j, , φ, Ψ H y y ¶ ú ( R Ð ¦ H j P : " é ¶

, _ \ -t , " é ¶ x 9 ³ ð _ 1 l x < ÊÃ º\ ¦ _ p ô Ç

. Õ ªa Ë >\ " f z ´ , & h , { 9 & h W É r y y f ¨ Ã Ì" é ¶ ü <

½ + Ë` ¦ ë ß × ¼ H Si õ H Õ ªo ¦ f ¨ Ã Ì" é ¶ \ _ ô Ç ² D G è © I

x 9 ¸\ ¦ · p .

(5)

Fig. 3(a) H Ag " é ¶ f ¨ Ã Ì| ¨ c M : Ã º è_ » 1 Ï Ã Ì õ & ñ

\

" f ² D G è © I x 9 ¸\ ¦ · p õ s . % 6 £ § Ã º è ³ ð

õ ½ + Ë` ¦ ¦ e ` ¦ M : H Ã º èü < l ó ø Í Si _ ½ + Ë © I ü

<(sp) Ag _ 5s ï r0 A(s

1

(Ag)) y y ` Ø Ôp ï r0 A ÐÂ Ò '

-4.5 eV(sp)ü < 0 eV t & h \ > r F ô Ç . H " é ¶ ³ ð

\

" f & h Y O # Qt " f Ag " é ¶ ü < ½ + Ë` ¦ ë ß [ þ t 5s

Ð s 1 l x ¦(s

1

(Ag) → s

4

(Ag)), 1 l x r \ H " é ¶ ü < ½ + Ë s

>

) a (sp → p

⁴

(Si)). s õ & ñ \ " f H Ag-H ½ + Ë\ _ ô

Ç \ -t s 1 p q s Si-H Ô æ õ \ 0 Aô Ç < Hz ´ Ð & h l M : ë

H \ µ 1 Ï& h Ã º è_ » 1 Ï Ã Ìs 0 p x t · ú § H כ ` ¦ s K

½ + É Ã º e .

Fig. 3(b) H Si " é ¶ f ¨ Ã Ì| ¨ c M : Ã º è_ » 1 Ï Ã Ì õ & ñ \

"

: H 2/3 ë ß p um & h Ä » ) a 3 > h_ » ¡ ¤@ ) a p ï r0 A ` Ø Ôp ï

r0 A\ > r F ô Ç (p

1

). Si f ¨ Ã Ì" é ¶ ³ ð \ 3 ˚ A& ñ ¸ Ð

s ] X H f ¨ Ã Ì" é ¶ _ p ï r0 A ` Ø Ôp ï r0 A A A

á

¤ Ü ¼ Ð s 1 l x " f ½ + Ë\ Ã Ð# ¦ (p

²

, p

⁰₂

) Ã º è ³ ð

\ " f & h & h Ü ¼ Ð » 1 Ï Ã Ì÷ & f ¨ Ã Ì" é ¶ _ p ï r0 A y y

³

ð Si _ p ï r0 A(p

⁰₃

, p

⁰₄

) ü < H _ s ï r0 A(p

₃

, p

₄

) ü < ½ + Ë

`

¦ ë ß H . Fig. 2(b)_ Ã º è_ µ 1 Ï& h » 1 Ï Ã Ì É r Sif ¨ Ã Ì

"

é

¶ l ó ø Í Si x 9 Hü <_ ½ + Ë` ¦ 1 l x r \ ë ß × ¼ H כ \ " f s

K ½ + É Ã º e . 7 £ ¤ f ¨ Ã Ì" é ¶ H " é ¶ \ s ] X H

>

÷ & Ã º èü < ½ + Ë` ¦ ë ß [ þ t " f Ã º è\ ¦ » 1 Ï Ã Ìr v ¦ 1 l x r

\ ³ ð \ µ 1 ÏÒ q t H Si_ ½ + ËL : < H õ ½ + Ë " f ³ ð

_ ½ + Ë Ã º\ ¦ 7 £ x r v H כ s . Ã º è " é ¶ H f ¨ Ã Ì" é ¶

\ q K ½ + Ë ì ø Í â s B Ä º Â ú ªl M :ë H \ f ¨ Ã Ì" é ¶ ³ ð

0 A Ð ¾ ú > ] X H Si " é ¶ _ 1 l x < ÊÃ ºü < ~ 1 > × æ

^ o

?s 0 p x # Ã º è » 1 Ï Ã Ì÷ & H X < 9 כ ¹ô Ç \ -t \ ¦ ± ú Ø

¦ Ã º e ` ¦ כ s . s Qô Ç & ñ É r Fig. 4_ x 9 ¸\ ¦

¶

Si f ¨ Ã Ì" é ¶ ³ ð \ & h ] X H > ÷ & f ¨ Ã Ì" é ¶

l ó ø Í Si " é ¶ ü <_ ½ + Ë` ¦ ë ß [ þ t ¦(p

²

) 1 l x r \ H " é ¶

ü < ½ + Ë H כ (p

⁰₂

)` ¦ S X ½ + É Ã º e . f ¨ Ã Ìs 8 '

÷

& H " é ¶ H Si-Si ½ + Ë\ Ã ºf ô Ç ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð s 1 l x H X

<(p

⁴

, p

⁰₄

) s õ & ñ É r ½ + Ë\ Ã Ð# H f ¨ Ã Ì" é ¶ _ p ï r 0

A_ ì r í~ ½ Ó ¾ Óõ Si-H ç ß _ ½ + Ë ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦ { 9 u r & ½ + Ë

`

Ã Ì½ ¨ ¸\ " f H-Si-³ ð ç ß _ ½ + Ëy s 90°\ ¦ s À Ò H X < s

ë ß ` ¦ t ¦ e 6 £ § \ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ H/Si(111) ³ ð

\

b

= 4.61 eV) H µ 1 Ï& h Ü ¼ Ð » 1 Ï

Fig. 4. Charge density for the bonding states of Si adatom which is integrated in the energy range of ± 0.1 eV from the each peak indicated by arrows in Fig. 3(b) with all over the k points in the surface Brillouin zone.

The first contour and the contour spacing are 0.02 and 0.01 e/(a.u.)

³

, respectively. The white and small gray spheres represent the Si and H atoms, respectively.

Ã Ì÷ & H : £ ¤$ í ` ¦ Ð# ï r . s H Sc s ³ ð õ ì ø Í6 £ x½ + É M : 4s

3d ï r0 A Ð s " f ½ + Ë0 p xô Ç Ã º\ ¦ 7 £ x

r v l M :ë H Ü ¼ Ð Û ¦ s ) a [16]. s Qô Ç & ñ É r Fig.

3(c) \ " f ` ¦ s À Ò ¦ e H 4s (s

¹

) ³ ð \ s

y è H כ Ü ¼ ÐÂ Ò' S X ½ + É Ã º e (s

⁰3

). s X O >

ü < 3d H(s

4

) x 9 Si(d

₄

) õ ½ + Ë` ¦ 1 l x r \ ë ß [ þ t

" f \ -t \ ¦ î ß & ñ or v > ÷ &# Q Siõ Ä » > Ã º è_

µ 1 Ï& h ì r o 0 p x .

IV. + s Ç Â ] Ø

o ) a Si(111) ³ ð 0 A\ f ¨ Ã Ìr ( ` ¦ M : f ¨ Ã Ì" é ¶ ü < ³ ð ç ß

Ç â ¾ Ó$ í ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e 6 £ §` ¦ " é ¶ x 9 ½ ¨ ¸_ ì r$ 3

`

¦ : x K S X ½ + É Ã º e % 3 . ³ ð \ f ¨ Ã Ì÷ & H " é ¶ _

½ +

Ë\ -t H Â Òì r& h Ü ¼ Ð G 0 > _ Ã ºü < f ] X & h

"

é

¶ [ þ t(Mg, Zn) É r ³ ð õ Á º © ñ 6 x` ¦ t · ú §Ü ¼ 9, 1> h_ ½ + Ë 0 p xô Ç © I e H " é ¶ [ þ t É r(Na, Al, Cl, Cu, Ag) ³ ð õ ô Ç © ñ 6 x` ¦ > ) a . s M

: ³ ð _ Ã º è" é ¶ H f ¨ Ã Ì" é ¶ [ þ t_ 2 ; o ¸\

³ ð \ z e (Na, Al, Cu, Ag) ¢ ¸ H f ¨ Ã Ì" é ¶

(6)

\

â Ä º\ H f ¨ Ã Ì" é ¶ ³ ð _ Si x 9 H " é ¶ ü < 1 l x r \

½ + Ë` ¦ ë ß × ¼ H õ & ñ ` ¦ : x K \ -t \ ¦ î ß & ñ or ~ ´ Ã º e 6

£

§` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . s Qô Ç 7 á x À Ó_ " é ¶ [ þ t_ â Ä º\

H ³ ð \ " f Ã º è" é ¶ Ö ¸$ í o \ -t \ O s µ 1 Ï& h Ü ¼

Ð » 1 Ï Ã Ìs 0 p x > ÷ & H X < s H Ã º è" é ¶ _ Â ú ª É r ½ + Ë ì

H Ü ¼ Ð Ò q ty ) a .

P c

p 8 ý ò k >

: r ½ ¨ H KISTI_ ] j 5 | Ä Ìõ ] j_ t " é ¶ \ _ ô Ç כ e

` ¦ µ 1 ßy 9 s \ y × ¼w n m .

Y c

p w Ã U Ø ô

[1] M. Copel, M. C. Reuter, E. Kaxiras and R. M.

Tromp, Phys. Rev. Lett. 63, 632 (1989).

[2] B. Voigtlander, A. Zinner, Th. Weber and H. P.

Bonzel, Phys. Rev. B 51, 7583 (1995).

[3] K. Schroeder, A. Antons, R. Berger and S. Blugel, Phys. Rev. Lett. 88, 046101 (2002).

[4] M. Horn-von Hoegen and A. Golla, Phys, Rev, Lett.

76, 2953 (1996).

[5] A. Sakai and T. Tatsumi, Appl. Phys. Lett. 64, 52 (1994).

[6] K. Kajiyama, Y. Tanishiro and K. Takayanagi, Surf.

Sci. 222, 38 (1989).

[7] M. Copel and R. M. Tromp, Appl. Phys. Lett. 58, 2648, (1991).

[8] H. Hirayama, H. Okamoto and K. Takayanagi, Phys.

Rev. B 60, 14260 (1999).

[9] J. M. Zuo and B. Q. Li, Phys. Rev. Lett. 88, 255502 (2002); Surf. Sci. 520, 7 (2002).

[10] H. Jeong and S. Jeong, Phys. Rev. B 71, 035310 (2005).

[11] K. Oura, V.G. Lifshits, A. A. Saranin, A. V. Zotov and M. Katayama, Surf. Sci. Rep. 35, 1 (1999).

[12] K. Fukutani, H. Iwai and H. Yamashita. 59, 13020 (1999).

[13] S. Jeong and A. Oshiyama, Phys. Rev. Lett, 79, 4425 (1997).

[14] S. Jeong, Surf. Sci, 530, 155 (2003).

[15] J. P. Perdew, Electronic Structure of Solids ’91, edited by P. Ziesche and H. Eschrig (Academie Ver- lag, Berlin, 1991).

[16] Though Sc(4s

²

3d

¹

) has only one electron in 3d state, it strongly adsorbed on the H/Si(111) surface, which is expressed by creation of unpaired electrons by electrons transition for 4s → 3d in adsorption.

i.e.,4s

²

3d

¹

→ 4s

¹

3d

²

. The calculated energy differ- ence between the 4s and 3d orbitals is only 0.7 eV, which means that the transition can easily occur in adsorption.

[17] The binding energy of Cl-H is larger than that of Si-H by 0.82 eV.

[18] Y. Ko and K. Chang, Phys. Rev. B 60, 1777 (1999).

(7)

Adsorption Properties of Adatoms with Various Valencies on Hydrogenated Si(111) Surface.

Hojin Jeong and Sukmin Jeong

^∗

Department of Physics, Chonbuk National University, Chonju 561-756 (Received 30 December 2004)

Using first-principles calculations, we investigated the reactivities of adatoms with various va- lencies on hydrogenated Si(111) surfaces. We found that the reaction properties of adatoms have trends depended on the number of partially filled orbitals (n). Adatoms with n = 0 (Mg and Zn) did not interact with the surface, but adatoms with n = 1 (Na, Al, Cu, and Ag) weakly bonded to the surface without distinct surface reconstructions. On the other hand, adatoms with n > 2 (IV

∼ VI, and 3d transition metals) adsorb strongly on the surface. In this case the H atom can be segregated away from the surface without an energy barrier in adsorption.

PACS numbers: 73.02.At

Keywords: First-principles calculation, H/Si(111), Adatom.

∗

E-mail: jsm@chonbuk.ac.kr

¤} º× Dc Ü R Si(111) ü; c" e  ¹ Å Â \ ¥ # b [ Ì ¦ R 8 ý ÿ  Y c l  ¤V R Ë  ì Å 



¤} º× Dc Ü R Si(111) ü; c" e  ¹ Å   Â \ ¥ # b [ Ì ¦ R 8 ý ÿ  Y c l  ¤V R Ë  ì Å 

+ ä

 Ú . > · + ä ) o * > ∗

 

· ¡ ¤ @ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ ,   Å Ò 561-756 (2004¸  12 Z 4 30{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

Ã

º è o ) a Si(111) ³ ð  õ  f  ¨ Ã Ì" é ¶   ç ß _   ©  ñ  6 x`  ¦   ½ ¨ % i  . s \  ¦ 0 AK " f Å Òl Ö  ¦ ³ ð\ " f 3   P :

×

 ¦_  " é ¶  [ þ t õ , 3d   s F K5 Å q, ) F K5 Å q 1 p x`  ¦ H/Si(111) ³ ð  \  f  ¨ Ã Ìr v  ¦ " é ¶   x 9    ½ ¨ ¸\  ¦ ] j{ 9 " é ¶ o

 > í ß ~ ½ ÓZ O `  ¦ :  x K  ¶ ú ( R Ð  ¤ . " é ¶  _  f  ¨ Ã Ì: £ ¤$ í  É r f  ¨ Ã Ì" é ¶  _  Â Òì  r& h Ü ¼ Ð G 0 >     Ã º(n)\ 

@

/K  { 9 & ñ ô  Ç  â  ¾ Ó`  ¦  Ð# ï  r . 7 £ ¤,     © I  T q ` e    H(n = 0) Mg, Zn  H ³ ð  õ   Á º  ì ø Í6 £ x`  ¦  t

 · ú § ¦, n = 1   f  ¨ Ã Ì" é ¶  [ þ t (Na, Al, Cu, Ag) É r ³ ð  õ    ô  Ç   ½ + Ë`  ¦ + þ A$ í ô  Ç . ì ø Í  \  n ≥ 2  " é ¶



PACS numbers: 73.02.At

Keywords: ] j{ 9 " é ¶ o > í ß , H/Si(111), f  ¨ Ã Ì" é ¶  

I. " e Â ] Ø

³

ð  0 A\ " f Ó ü t| 9 _  $ í  ©  É r ³ ð  " é ¶  _  f  ¨ Ã Ì x 9 S X  í

ß , " é ¶    ©  ñç ß  6 £ x| 9 õ  ° ú  É r 4  ¤¸ ú ô  Ç õ & ñ `  ¦  u Ù ¼ Ð



 0 A& h Ü ¼ Ð s  Qô  Ç $ í  ©  : £ ¤$ í `  ¦ ] j# Q   H  כ s  ~ 1 t  · ú §

. : £ ¤ y      # QF Mz  (lattice mismatch)s  e    H s 7 á x " é ¶



è_  $ í  © \ " f     H 3 " é ¶ $ 3 (island) ½ ¨ ¸  H ~ Ã Ì}  _ 

$ í

 © `  ¦ # Q§ > >  ô  Ç . $ í  ©   : r  ¸\  ¦ ± ú Æ Ò  ³ ð  \  f  ¨ Ã Ì÷ &



 H " é ¶  _  s 1 l x  ¸(mobility)\  ¦ y   èr &  ~ Ã Ì}  `  ¦ % 3 `  ¦ Ã º



 H e  t ë ß  s   â Ä º \ P \  -t    & ñ o\  ¦ s À Òl \   -Á º

±

ú l  M :ë  H \   ª | 9 _  ~ Ã Ì}  `  ¦ % 3 l  j Ë µ[ þ t # Q   . s  Qô  Ç ë

 H ] j& h [ þ t`  ¦ K    l  0 AK " f ³ ð  \  ] j 3_  " é ¶  8 £ x`  ¦ > 

 

 Ö ¸$ í ] j(surfactant) Ð  ¸{ 9  #  ~ Ã Ì}  `  ¦ $ í  ©    H   ½ ¨

 ´ ú §s    '  ÷ &# Q M ® o  [1–14].

&

h

] X ô  Ç >    Ö ¸$ í ] j\  ¦  ¸{ 9    ³ ð  õ  >   _   Ä »\ 



-t ü < " é ¶  _  f  ¨ Ã Ì x 9 S X í ß  : £ ¤$ í `  ¦   or &  $ í  ©   ¸× ¼

\

 ¦ ] j# Q½ + É Ã º e  >   ) a . : £ ¤ y  Si ³ ð  0 A\  H\  ¦ >    Ö ¸$ í ]

j Ð  6 x   H  â Ä º\  $ í  ©  : £ ¤$ í _    o  H þ j  H  t  ´ ú §

 É

r   ½ ¨   '  ÷ &# Q M ® o . Ge\  ¦ Si 0 A\  $ í  © r ~ ´  â Ä º, L

: F Mô  Ç ³ ð  \ " f  H $ 3 (island)  ¸× ¼ Ð $ í  ©   ¦(Volmer- Weber  ¸× ¼) [6] Ã º è o ) a ³ ð  \ " f  H f  ¨ Ã Ì" é ¶  _  S X í ß  s

 y   è÷ &  " f layer-by-layer : £ ¤$ í (Frank-van der Merwe



¸× ¼)Ü ¼ Ð   ô  Ç  ¦ · ú  94 R e    [7]. ì ø Í  \  Ag  H Ã º è

o ) a Si ³ ð  0 A\ " f  ¸y  9 s 1 l x  ¸ 7 £ x ÷ & 9 Stranski

E-mail: jsm@chonbuk.ac.kr

-Krastanov $ í  ©   ¸× ¼ Volmer-Weber  ¸× ¼ Ð   oô  Ç  [8–10].

Ã

º è o ) a Si ³ ð  \ " f  H s  Qô  Ç $ í  ©  : £ ¤$ í _    o÷  r ë

ß   m   >    © I  % i r  f  ¨ Ã Ì" é ¶  _  7 á x À Ó\      ª  ô 

Ç : £ ¤$ í `  ¦  Ð# ï  r . Si, Ge_  7 £ x Ã Ì\ " f  H H   ½ Ó ©  $ í



©  ~ ½ Ó ¾ Ó 0 AA á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l xô  Ç . : £ ¤ y  Sis  f  ¨ Ã Ì÷ &  H  â Ä º\ 



 H ³ ð  \ " f H \  -t   © # 4 \ O s   µ 1 Ï& h Ü ¼ Ð u  ¨ 8  ÷ &



 H  כ Ü ¼ Ð · ú  94 R e    [13,14]. In, Pb_   â Ä º\   H 7 £ x Ã Ì Ê

ê\  ¸ >   \  H " é ¶  8 £ x s  #   y   > r F   9 [11], Ag

f

 ¨ Ã Ì| ¨ c M :  H { 9 Â Ò_  H Si l ó ø Í\ " f b  # Q4 R  ¦ { 9  Â

Ò  H >   \  z   e    H  [12]. t ë ß  Ã º è o ) a Si ³ ð  õ

 f  ¨ Ã Ì" é ¶    s _   ª ô  Ç  ©  ñ  6 x \  @ /ô  Ç ´ ú § É r   ½ ¨

\

 ¸ Ô  ¦ ½ ¨  ¦ H " é ¶  _  & ñ S X ô  Ç % i ½ + É\  @ /K " f  H ´ ú § É r

 כ

s  · ú  94 R e  t  · ú § .



: r   ½ ¨\ " f  H >    Ö ¸$ í ] j Ð" f Ã º è_  % i ½ + É`  ¦ 7 á §  8 & ñ S X

 y  s K  l  0 AK " f  ª ô  Ç " é ¶  (valency)\  ¦ ° ú   H " é ¶



[ þ t s  H/Si(111) ³ ð  0 A\  f  ¨ Ã Ì| ¨ c M :  ©  ñ  6 x`  ¦   ½ ¨

¤} º× Dc Ü R Si(111) ü; c" e ¹ Å Â \ ¥ # b [ Ì ¦ R 8 ý ÿ Y c l ¤V R Ë ì Å

¤} º× Dc Ü R Si(111) ü; c" e ¹ Å Â \ ¥ # b [ Ì ¦ R 8 ý ÿ Y c l ¤V R Ë ì Å

Ú . > · + ä ) o * > ^∗

· ¡ ¤ @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , Å Ò 561-756 (2004¸ 12 Z 4 30{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

º è o ) a Si(111) ³ ð õ f ¨ Ã Ì" é ¶ ç ß _ © ñ 6 x` ¦ ½ ¨ % i . s \ ¦ 0 AK " f Å Òl Ö ¦ ³ ð\ " f 3 P :

¦_ " é ¶ [ þ t õ , 3d s F K5 Å q, ) F K5 Å q 1 p x` ¦ H/Si(111) ³ ð \ f ¨ Ã Ìr v ¦ " é ¶ x 9 ½ ¨ ¸\ ¦ ] j{ 9 " é ¶ o

> í ß ~ ½ ÓZ O ` ¦ : x K ¶ ú ( R Ð ¤ . " é ¶ _ f ¨ Ã Ì: £ ¤$ í É r f ¨ Ã Ì" é ¶ _ Â Òì r& h Ü ¼ Ð G 0 > Ã º(n)\

/K { 9 & ñ ô Ç â ¾ Ó` ¦ Ð# ï r . 7 £ ¤, © I T q ` e H(n = 0) Mg, Zn H ³ ð õ Á º ì ø Í6 £ x` ¦ t

· ú § ¦, n = 1 f ¨ Ã Ì" é ¶ [ þ t (Na, Al, Cu, Ag) É r ³ ð õ ô Ç ½ + Ë` ¦ + þ A$ í ô Ç . ì ø Í \ n ≥ 2 " é ¶

Keywords: ] j{ 9 " é ¶ o > í ß , H/Si(111), f ¨ Ã Ì" é ¶

ð 0 A\ " f Ó ü t| 9 _ $ í © É r ³ ð " é ¶ _ f ¨ Ã Ì x 9 S X í

ß , " é ¶ © ñç ß 6 £ x| 9 õ ° ú É r 4 ¤¸ ú ô Ç õ & ñ ` ¦ u Ù ¼ Ð

0 A& h Ü ¼ Ð s Qô Ç $ í © : £ ¤$ í ` ¦ ] j# Q H כ s ~ 1 t · ú §

. : £ ¤ y # QF Mz (lattice mismatch)s e H s 7 á x " é ¶

è_ $ í © \ " f H 3 " é ¶ $ 3 (island) ½ ¨ ¸ H ~ Ã Ì} _

© ` ¦ # Q§ > > ô Ç . $ í © : r ¸\ ¦ ± ú Æ Ò ³ ð \ f ¨ Ã Ì÷ &

H " é ¶ _ s 1 l x ¸(mobility)\ ¦ y èr & ~ Ã Ì} ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º

H e t ë ß s â Ä º \ P \ -t & ñ o\ ¦ s À Òl \ -Á º

ú l M :ë H \ ª | 9 _ ~ Ã Ì} ` ¦ % 3 l j Ë µ[ þ t # Q . s Qô Ç ë

H ] j& h [ þ t` ¦ K l 0 AK " f ³ ð \ ] j 3_ " é ¶ 8 £ x` ¦ >

Ö ¸$ í ] j(surfactant) Ð ¸{ 9 # ~ Ã Ì} ` ¦ $ í © H ½ ¨

´ ú §s ' ÷ &# Q M ® o [1–14].

] X ô Ç > Ö ¸$ í ] j\ ¦ ¸{ 9 ³ ð õ > _ Ä »\

-t ü < " é ¶ _ f ¨ Ã Ì x 9 S X í ß : £ ¤$ í ` ¦ or & $ í © ¸× ¼

¦ ] j# Q½ + É Ã º e > ) a . : £ ¤ y Si ³ ð 0 A\ H\ ¦ > Ö ¸$ í ]

j Ð 6 x H â Ä º\ $ í © : £ ¤$ í _ o H þ j H t ´ ú §

É

r ½ ¨ ' ÷ &# Q M ® o . Ge\ ¦ Si 0 A\ $ í © r ~ ´ â Ä º, L

: F Mô Ç ³ ð \ " f H $ 3 (island) ¸× ¼ Ð $ í © ¦(Volmer- Weber ¸× ¼) [6] Ã º è o ) a ³ ð \ " f H f ¨ Ã Ì" é ¶ _ S X í ß s

y è÷ & " f layer-by-layer : £ ¤$ í (Frank-van der Merwe

¸× ¼)Ü ¼ Ð ô Ç ¦ · ú 94 R e [7]. ì ø Í \ Ag H Ã º è

o ) a Si ³ ð 0 A\ " f ¸y 9 s 1 l x ¸ 7 £ x ÷ & 9 Stranski

-Krastanov $ í © ¸× ¼ Volmer-Weber ¸× ¼ Ð oô Ç [8–10].

º è o ) a Si ³ ð \ " f H s Qô Ç $ í © : £ ¤$ í _ o÷ r ë

ß m > © I % i r f ¨ Ã Ì" é ¶ _ 7 á x À Ó\ ª ô

Ç : £ ¤$ í ` ¦ Ð# ï r . Si, Ge_ 7 £ x Ã Ì\ " f H H ½ Ó © $ í

© ~ ½ Ó ¾ Ó 0 AA á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l xô Ç . : £ ¤ y Sis f ¨ Ã Ì÷ & H â Ä º\

H ³ ð \ " f H \ -t © # 4 \ O s µ 1 Ï& h Ü ¼ Ð u ¨ 8 ÷ &

H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e [13,14]. In, Pb_ â Ä º\ H 7 £ x Ã Ì Ê

ê\ ¸ > \ H " é ¶ 8 £ x s # y > r F 9 [11], Ag

¨ Ã Ì| ¨ c M : H { 9 Â Ò_ H Si l ó ø Í\ " f b # Q4 R ¦ { 9 Â

Ò H > \ z e H [12]. t ë ß Ã º è o ) a Si ³ ð õ

f ¨ Ã Ì" é ¶ s _ ª ô Ç © ñ 6 x \ @ /ô Ç ´ ú § É r ½ ¨

¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ H " é ¶ _ & ñ S X ô Ç % i ½ + É\ @ /K " f H ´ ú § É r

כ

s · ú 94 R e t · ú § .

: r ½ ¨\ " f H > Ö ¸$ í ] j Ð" f Ã º è_ % i ½ + É` ¦ 7 á § 8 & ñ S X

y s K l 0 AK " f ª ô Ç " é ¶ (valency)\ ¦ ° ú H " é ¶

[ þ t s H/Si(111) ³ ð 0 A\ f ¨ Ã Ì| ¨ c M : © ñ 6 x` ¦ ½ ¨

# Ð ¤ . s \ ¦ 0 AK " f $ y " é ¶ [ þ t_ f ¨ Ã Ì½ ¨ ¸\ ¦

í ß % i . Õ ªo ¦ ³ ð _ Ã º è" é ¶ _ % i ½ + É` ¦ ¸ l

0 A # y y _ " é ¶ [ þ t s f ¨ Ã Ì| ¨ c M : ³ ð \ " f Ã º è

1 Ï Ã Ì÷ & H X < 9 כ ¹ô Ç Ö ¸$ í o \ -t ü < s õ & ñ \ " f

¨ ¸\ ¦ ¶ ú ( R Ð ¤ . > í ß õ \ _ " é ¶ _ f ¨ Ã Ì : £ ¤

É r Â Òì r& h Ü ¼ Ð G 0 > þ jü @y _ Ã º(n) \ @ /K { 9

& ñ ô Ç â ¾ Ó` ¦ Ð H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . 7 £ ¤ n = 0 { 9 M : H ³ ð õ ì ø Í6 £ x` ¦ t · ú § ¦, n = 1 { 9 M : H ô Ç

½ + Ë` ¦ + þ A$ í 9, n ≥ 2 â Ä º H y © ô Ç ½ + Ë` ¦ + þ A$ í

H : £ ¤$ í ` ¦ Ð . : £ ¤ y n ≥ 2 " é ¶ f ¨ Ã Ì÷ & H â Ä º

H ³ ð \ " f Ã º è" é ¶ \ -t © # 4 \ O s µ 1 Ï& h Ü ¼

Ð ì r o | ¨ c Ã º e 6 £ §` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .

II. 4 mU ê s0 n É

H/Si(111) 1 × 1 ³ ð 0 A\ Å Òl Ö ¦ ³ ð\ " f 3 P : × ¦ _ " é ¶ [ þ t õ 3d s F K5 Å q, ) F K5 Å q(Cu, Ag)` ¦ f ¨ Ã Ìr v

¦ y " é ¶ [ þ t_ x 9 " é ¶ ½ ¨ ¸\ ¦, Ã » ¸ íJ $ [ > ` ¦ s 6

xô Ç ¨ î l $ _ 8 ú x \ -t > í ß ~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 x # > í

ß % i . > í ß \ 6 x ) a ¨ î H 15 Ry_ ] X é ß \ - t

(cutoff energy) t > hr ( . z ´] j Ó ü t| 9 _ ½ ¨

¸\ " f H [ þ t s _ ^ © ñ 6 x s × æ כ ¹ > ¦

9÷ &# Q ô Ç . Õ ª Q & ³z ´& h Ü ¼ Ð Ã º´ ú § É r [ þ t s _

© ñ 6 x` ¦ f ] X & h Ü ¼ Ð 2 [/ å Lô Ç H כ É r Ô ¦ 0 p x Ù

¼ Ð Perdew-Wang 1 p x \ _ K & ñ w n ) a GGA(generalized gradient approximation)~ ½ ÓZ O ` ¦ ¸{ 9 % i [15]. # l \

f " é ¶ _ Û ¼ 2 ;\ _ ô Ç ´ òõ H ¦ 9 t · ú § ¤ . Ä ºo

6 xô Ç supercell É r Si " é ¶ 8 £ x s 6> hs ¦, Ã º¨ î Å Òl

H 2 × 2 é ß { 9 ó ø Í ¸+ þ As . ó ø Íõ ó ø Í s H 10 ˚ A_

/ B Nç ß Ü ¼ Ð b # Q4 R e ¦, ± p A A á ¤ Si " é ¶ 8 £ x \ z e

H ½ + ËL : < H(dangling bond) É r " é ¶ { © ô Ç > h_ Ã º

è" é ¶ Ð ] j % i . s Ã º è ÐÂ Ò' 0 A& h j Ë µ` ¦ ~ Ã Î t

· ú § ¸2 ¤ Ã º è " é ¶ 8 £ x õ s ü < ½ + Ë ) a Si " é ¶ 8 £ x É r ¦

ñ r ( Ü ¼ 9, Qt " é ¶ [ þ t É r y " é ¶ \ 6 x H j Ë µs 10

eV/(a.u.) s { 9 M : t s ¢ - a r & î ß & ñ & h ³ ð

¨ ¸\ ¦ % 3 % 3 . 8 ú x \ -t H 3 × 3 k-& h Õ ªÓ ü t` ¦ s 6 x