The investigation of highly ordered Ag films on mica with STM, LEED and XPS

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劉辰偉(Chen-Wei Liu) 查詢紙本館藏

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物理學系

論文名稱

(The investigation of highly ordered Ag films on mica with STM, LEED and XPS)

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摘要(中)

本論文主要研究銀/雲母薄膜系統的特性。我們以電子束蒸鍍的方法，在劈裂 (freshly cleaved) 的雲母片表面蒸鍍不同厚度的銀薄膜，並利用掃描穿隧式顯微鏡 (Scanning Tunneling Microscopy, STM) 、低能量電子繞射儀 (Low Energy Electron Diffraction, LEED) 以及X光光電子能譜術 (X-ray Photoemission Spectroscopy, XPS) 檢測銀薄膜的性質。
　　低能量電子繞射的實驗結果中，400 nm、200 nm、100 nm的樣品清潔與加熱後，皆可見一組清晰的(1×1)繞射點，表示此銀薄膜的表面具高度有序的結構且方向一致，與單晶的銀(111)表面類似。掃描穿隧式顯微鏡的結果中，經過清潔與加熱後，可觀察到樣品表面存在400 nm大範圍平坦的平台，平台以外的區域則有許多台階與凹洞。我們也利用掃描穿隧式顯微鏡研究加熱溫度與清潔次數對樣品表面的影響。另外，為了觀察薄膜表面銀原子排列的方向性，我們在表面鍍上鉍原子，觀察鉍原子的排列以推測表面銀原子排列的方向。我們成功地在表面不同區域觀察到(√3×√3)R30°的重構，得知不同區域之銀薄膜表面銀原子排列方向皆為一致。
　　為進一步驗證此銀薄膜具有單晶的性質，我們在銀薄膜上進行了矽薄膜成長的實驗。我們重現出(4×4)與(√13×√13)R13.9°等矽烯(Silicene)結構，與銀單晶的實驗結果相符。我們也利用X光光電子能譜術量測乾淨的銀薄膜樣品與鍍上矽之後的樣品表面，藉由分析蒸鍍時不同基板溫度的矽2p與銀3d能譜曲線，得到矽的覆蓋量與蒸鍍時基板溫度的關係。

摘要(英)

In this study, the Ag thin films of different thickness were grown on freshly cleaved mica. We investigated these thin films with scanning tunneling microscopy (STM), low energy electron diffraction (LEED) and X-ray photoemission spectroscopy (XPS).
　　In the experimental results of 400 nm, 200 nm and 100 nm sample, clear (1×1) LEED pattern was observed after the sample was cleaned by sputtering and annealing. It indicates that the surface of the Ag films are highly ordered with only one orientation, resembling to the Ag(111) single crystal. In the STM results, 400-nm-wide flat terrace was obtained after sputtering and annealing the surface. We also investigated the change of the surface caused by sputtering and annealing. In order to determine the orientation of surface Ag atoms, we deposited Bi on the surface. We observed aligned (√3×√3)R30° reconstruction at different regions on the surface, which means only one orientation on the surface. In the results of Si deposition experiments, the (4×4) and (√13×√13)R13.9° reconstructions were observed. This is the same as the results of the Si deposition on Ag(111) single crystal. Our results demonstrate that the surface of the Ag/mica thin film indeed possesses the surface characteristics of the Ag(111) single crystal.

關鍵字(中)

★ 銀薄膜
★ 雲母
★ 低能量電子繞射
★ 掃描穿隧式顯微鏡
★ X光光電子能譜

關鍵字(英)

★ Ag film
★ mica
★ LEED
★ STM
★ XPS

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
第一章　前言 1
第二章　文獻回顧 2
2.1　白雲母簡介 2
2.2　銀(111)面結構 3
2.3　銀在雲母上的研究 3
2.4　鉍在銀(111)上的研究 4
第三章實驗儀器與原理 10
3.1 簡介 10
3.2 超高真空 11
3.2.1 機械幫浦 (Mechanical Pump) 12
3.2.2 分子渦輪幫浦 (Molecular Turbo Pump) 12
3.2.3 離子幫浦 (Ion Pump) 13
3.2.4 鈦昇華幫浦 ( Titaninm Sublimation Pump) 13
3.3 同步輻射光源 13
3.4 X光光電子能譜術 (X-ray Photoemission Spectroscopy, XPS) 14
3.4.1 原理 15
3.4.2 曲線擬合 16
3.5 電子動能分析儀 16
3.6 低能量電子繞射 (Low Energy Electron Diffraction, LEED) 17
3.7 掃描穿隧式顯微鏡 (Scanning Tunneling Microscopy, STM) 19
3.7.1 原理 19

3.7.2 儀器構造 20
3.7.3 掃描模式 20
3.7.4 探針製作 21
3.8 鉍蒸鍍槍 22
3.9 離子濺射槍 22
3.10 矽蒸鍍器 23
3.11 電子束蒸鍍系統 23
3.12 樣品清潔與加熱 24
3.12.1 掃描穿隧式顯微鏡系統 24
3.12.2 國家同步輻射中心BL24A1實驗站系統 25
第四章　實驗結果與討論 39
4.1 樣品製備 39
4.2 低能量電子繞射實驗結果 39
4.3 掃描穿隧式顯微鏡實驗結果 41
4.3.1 銀薄膜表面的STM掃描結果與加熱溫度之探討 41
4.3.2 濺射後的樣品表面平坦程度之討論 43
4.3.3 於室溫下鍍上少量鉍原子與表面方向性之討論 43
4.4 矽蒸鍍於銀薄膜表面的實驗結果 44
第五章　結論 62
參考文獻 64

參考文獻

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指導教授

陸大安(Dah-An Luh)

審核日期

2016-7-27

推文