分別為室溫(300K)、370K、420K 與 620K。其中，在蒸鍍溫度 420K 的實 驗結束後，並未直接清除樣品，而是將樣品再次加熱至 520K 與 620K，研
6-1 0.4 ML 矽在 370K 之銀/鍺(111)-(√3x√3)表面上的成長與討論
本實驗將乾淨之銀/鍺(111) -(√3x√3)表面加熱至 370K，維持定溫，
並以 0.01 ML/Min 的速率，蒸鍍 0.4 ML 銀原子於表面上。圖 6-1-1 (a)、
6-1-1 (b) 分別為正偏壓與負偏壓之 STM 圖。實驗發現矽原子於該表面上 聚集，形成 √3x√3 島以及較 √3x√3 島低矮之局部有序結構。該有序結 構之樣貌在正負偏壓下略有差異，推測應為矽原子所排列組成。
圖 6-1-1 (a) 圖 6-1-1 (b)
圖 6-1-1 (a) 於 370K 蒸鍍 0.4 ML 矽之正偏壓形貌 [+1.8V，20x20 nm2] (b) 同位置之負偏壓圖像 [-1.8V，20x20 nm2]
6-1-1 正負偏壓下的簡易結構
在實驗數據中，發現有極少數未加入結構之矽原子所形成的簡易結構，
該結構在正負偏壓下亦呈現不同的樣貌。在此簡易結構中，負偏壓可發現 正偏壓所沒有的亮點，而正偏壓下所發現之亮點，皆可於負偏壓找到其對 應的位置。將正偏壓之亮點以藍空圈標示，於負偏壓所發現之新亮點以綠 實圈標記，標記圖樣顯示於 STM 圖之左上方框中。
於正偏壓下發現單顆亮點：
圖 6-1-2 (a) 圖 6-1-2 (b)
圖 6-1-2 (a) 於正偏壓發現單顆亮點 [+1.8V，5x5 nm2]
(b) 相同位置之負偏壓下，亦為單顆亮點 [-1.8V，5x5 nm2]
如於正偏壓下發現單顆亮點，則於負偏壓下，除了可找到對應的亮點 外，亦有可能出現新的亮點。值得一提的是，並沒有負偏壓亮點數少於正 偏壓亮點數的狀況發生。即實驗中，並無於負偏壓下發現單顆亮點，但正 偏壓完全無任何亮點的情形出現。
圖 6-1-3 (a) 圖 6-1-3 (b)
圖 6-1-3 (a) 於正偏壓發現單顆亮點 [+1.8V，5x5 nm2]
(b) 相同位置之負偏壓下，可見兩顆亮點出現 [-1.8V，5x5 nm2]
正偏壓下發現之雙顆亮點：
圖 6-1-4 (a) 圖 6-1-4 (b)
圖 6-1-4 (a) 於正偏壓發現雙顆亮點 [+1.8V，5x5 nm2]
(b) 相同位置之負偏壓下，亦可見雙顆亮點出現 [-1.8V，5x5 nm2]
圖 6-1-5 (a) 圖 6-1-5 (b)
圖 6-1-5 (a) 於正偏壓發現雙顆亮點 [+1.8V，5x5 nm2]
(b) 相同位置之負偏壓下，發現三顆亮點出現 [-1.8V，5x5 nm2]
於正偏壓發現雙顆亮點，則在負偏壓下除了可找到對應的亮點外，亦 有機會發現新的亮點出現。換句話說，簡單結構中的部分原子，唯有在負 偏壓下才可被觀察到。
圖 6-1-6 (a) 圖 6-1-6 (b)
圖 6-1-6 (a) 於正偏壓發現雙顆亮點 [+1.8V，5x5 nm2]
(b) 相同位置之負偏壓下，有四顆亮點出現 [-1.8V，5x5 nm2]
正偏壓下發現三顆亮點
圖 6-1-7 (a) 圖 6-1-7 (b)
圖 6-1-7 (a) 於正偏壓發現三顆亮點 [+1.8V，5x5 nm2]
(b) 相同位置之負偏壓下，可看到六顆亮點出現 [-1.8V，5x5 nm2]
圖 6-1-8 (a) 圖 6-1-8 (b)
圖 6-1-8 (a) 於正偏壓發現三顆亮點 [+1.8V，5x5 nm2]
(b) 相同位置之負偏壓下，亦可看到六顆亮點 [-1.8V，5x5 nm2]
於正偏壓發現三顆亮點，此三顆亮點皆以三角形方式排列。而在相同
6-1-2 有序結構
圖 6-1-10 (a) 為正偏壓之 STM 圖，圖 6-1-10 (b) 為相同位置之負偏壓 STM 圖。矽原子於 √3x√3 表面排列形成較低矮之平面結構，其正負偏 壓下的樣貌有明顯的差異。該結構區分為可歸納之有序結構以及難以分析 之無序結構。本文假設實驗所發現之有序結構為二維，即單層。以此為基 礎分析 STM 影像中所發現之亮點。
文獻指出，矽烯 (Silicene) 與石墨烯 (Graphene) 雖然皆為二維的蜂巢 狀結構，不過，石墨烯中的碳原子乃以「Planar」形式鍵結出無高低差的平 坦蜂巢結構，而矽烯中的矽原子是以「Bulked」的形式鍵結，故其蜂巢狀 結構略有高低起伏 [39]。
圖 6-1-10 (a) 圖 6-1-10 (b)
圖 6-1-10 (a) 蒸鍍 0.4 ML 矽於 √3x√3 表面 [+1.8V，15x15 nm2] (b) 相同位置之負偏壓圖形 [-1.8V，15x15 nm2]
在本系統中，√3x√3 基底對於矽原子而言，並非一平整的表面，且 二維矽烯之「Bulked」形式鍵結具有相當大的鍵結彈性，所以矽原子應可 輕易鍵結出複雜的立體結構。除了可歸納之二維有序結構外，表面上可觀 察到不少結構是多原子堆疊而成之非單層結構 (立體結構)。這些非單層結 構少有重複性，且難以分析，所以本文僅分析有規則性之單層有序結構。
數據校正
分析實驗數據後發現，本實驗使用之 STM 所掃出的圖形，其 X 軸與 Y 軸的放大率並不一致，換句話說，原始影像需經過修正才可測量出結構 正確的長度與角度。取得原始圖形後，使用 STM 分析軟體 WSxM 開啟原 始檔 [40]，對原始數據做傅立葉分析，消除雜訊。隨後對數據再次做傅立 葉分析，取出內含之 √3x√3 結構資訊，此動作可得到清晰之基底圖形。
圖 6-1-11 (a) 為消除雜訊後之原始圖，圖 6-1-11 (b) 為自原始圖取出之
√3x√3 基底圖。將取得之基底圖形先作角度校正，再作長度校正，即可 得到該圖原貌及正確比例尺。
圖 6-1-11 (a) 圖 6-1-11 (b)
圖 6-1-11 (a) 使用傅立葉分析修除雜訊後之圖形 [+1.8V，25x25 nm2] (b) 再次使用傅立葉分析抽取出 √3x√3 訊號
將自原始圖取出之 √3x√3 基底圖，以尺度 10x10 nm2裁切，即可得
為避免混淆，本文中未經修正之 STM 圖形皆以 STM 分析軟體所告知 之尺度為準。如該圖已作拉伸修正，則將於尺度後方標記「修正」字樣，
且該圖片之尺度標示為正確值。而未校正之圖片，其圖形 X 軸與 Y 軸須分 別乘上 1.1 與 1.65，始可得到粗略之修正值。以 50.0x50.0 nm2之 STM 圖 為例，其實際尺寸約為 55.0x82.5 nm2。每張 STM 圖形的形變狀況皆不一，
建議對每張圖形分別做仔細校正，才可得到精確之修正值。
有序結構模型的建立
圖 6-1-13 為有序結構之模型圖。底部之藍色蜂巢狀網格為銀/鍺(111)-(√3x√3)之重構網。藍色空圈代表於正偏壓下發現之亮點，綠色實圈代表 只於負偏壓才可發現之亮點，金色六角格表示於負偏壓的 STM 圖像中所 見到的矽六角結構。
圖 6-1-13 有序結構模型圖
該有序結構模型圖乃經由多次測量亮點之間距與方向，並將其結果與
√3x√3 重構基底做比較所得之模型。此模型可分為兩種結構，一為中央 之六角狀結構，二為三角落之矩形結構。中央之六角結構如與基底鍺相比，
週期性為 2x2，方向與基底相同，並與 √3x√3 重構夾 30 度角。
三角落之矩形結構，除了指向三個方向 [1, 1, -2]、[1, -2, 1]與[-2, 1, 1]
的平行排列外，亦有發現垂直於該三方向的平行排列方法，其方向分別為
[-1, 1, 0]、[1, 0, -1] 與 [0, -1, 1]。[1, 1, -2] 方向之兩相鄰平行排列之間距 為 2 倍鍺基底單位長 (1x1)，而 [-1, 1, 0] 方向之兩相鄰平行排列之間距為
√3 倍鍺基底單位長。
以 [1, 0, -1] 方向之測量為例。圖 6-1-14 (a) 為 [1, 0, -1] 方向之矩形 結構，圖 6-1-15 (a) 為√3x√3 基底圖。使用 STM 分析軟體分別測量其剖 面圖，其亮點沿 [1, 0, -1] 方向之亮點間距為 0.55 ± 0.01 nm，高度為 0.09
± 0.01 nm，而基底沿 [1, 0, -1] 方向之「hole 對 hole」間距為 0.84 ± 0.01
0.79 ± 0.01 nm
0.09 ± 0.01 nm
圖 6-1-14 (a) 圖 6-1-14 (b)
圖 6-1-14 (a) 正偏壓之[1, 0, -1]方向矩形結構 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(b) 剖面圖 <修正>
圖 6-1-15 (a) 基底之 STM 圖 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(b) 剖面圖 <修正>
1.20 ± 0.01 nm
圖 6-1-15 (a) 圖 6-1-15 (b)
nm。然而，因 STM 分析軟體只可對原始圖作測量，原始圖樣有形變的問 題，故須對測量值作修正才可得到正確值。基底沿 [1, 0, -1] 方向之「hole 對 hole」間距理論值為 1.20 nm，故同方向之亮點間距應為 0.79 nm。
圖 6-1-16 所示，3 倍之沿 [1, 0, -1] 方向之亮點間距 (2.37 ± 0.03 nm) 恰巧為 2 倍之基底「hole 對 hole」距離 (2.40 ± 0.02 nm)。而基底「hole 對
hole」距離為 3 倍之鍺基底單位長 (1x1)，故沿 [1, 0, -1] 方向之亮點間距 為 2 倍之鍺基底單位長。
圖 6-1-16 亮點間距與基底比較圖
測得有序結構相對於基底之相對長度後，即可將有序結構模型疊合於 基底上，不過疊合的位置仍不得確定。自正偏壓之 STM 圖可知，正偏壓的 亮點直徑略小於 1 倍 √3x√3 重構單位長，就尺度來說，不太可能是單一 原子所形成之亮點。故推測該亮點應為矽原子與下方三顆銀原子產生鍵結，
形成四面體結構。根據此假設，即可決定矽原子站立於 √3x√3 表面的位 置。在模型圖上，每個藍空圈下方皆有三顆銀原子。
最新實驗結果顯示，過去用來解釋銀/鍺(111) -(√3x√3) 重構的 HCT 模型有些許瑕疵，應屬 IET 模型較符合實驗結果 [11]。不過 IET 模型與
HCT 模型差異僅在銀原子的位置略有小幅調整，大體上來說銀原子的相對 位置無巨大改變。為簡化模型的複雜度，本模型選擇銀原子對稱排列之
HCT 模型作為基底參考。圖 6-1-17 (a) 為 HCT 模型，圖 6-1-17 (b) 為 IET 模型圖。
圖 6-1-17 (a) HCT 模型 [11] 圖 6-1-17 (b) IET 模型 [11]
本模型之藍色六角網為根據 HCT 模型繪出之網格。模型建立時，乃先 以正偏壓之簡化結構定位，再加入負偏壓之亮點。不過將負偏壓之綠色實 圈填入模型後，發現模型中的綠色實點有兩種站立的位置。第一種為站在 已與矽原子 (藍色空圈) 鍵結後的三個銀原子中間，或是站在未與矽原子 (藍色空圈) 鍵結之銀原子正上方。如圖 6-1-18 所示。
圖 6-1-18 負偏壓亮點於 HCT 模型上的兩種可能位置
在矩形結構中，[1, 1, -2] 方向與 [-1, 1, 0] 方向之平行排列方式有明 顯不同。實驗上未觀測到平行於 [1, 1,-2]、[1, -2, 1] 或 [-2, 1, 1] 三方向之
「 [-1, 1, 0] 排列方式」。故圖 6-1-18 中的兩種站立方式不可能並存。圖
6-1-19 (a) 為負偏壓下發現之六角結構，圖 6-1-19 (b) 為標記後之圖形，其 綠色實圈 (僅於負偏壓可見) 的亮點較亮，故推測綠色實圈站立於銀原子 上，即第二種站立方式較為可能。至此即完成有序結構模型的建立，圖 6-1-20 為有序結構模型圖之簡易標示版本。
圖 6-1-19 (a) 圖 6-1-19 (b)
圖 6-1-19 (a) 負偏壓下發現之六角結構 [-1.8V，5.5x5.5 nm2 <修正>]
(b) 標示六角結構之亮點 [-1.8V，5.5x5.5 nm2 <修正>]
圖 6-1-20 簡易標示之有序結構模型圖
6-1-3 有序結構模型範例
範例一
於此發現了 [1, 1, -2] 和 [-1, 1, 0] 方向的矩形結構。
圖 6-1-21 (a) 圖 6-1-21 (b)
圖 6-1-21 (a) 正偏壓下發現之矽結構 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(b) 於同位置之負偏壓圖像 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-21 (c) 圖 6-1-21 (d)
圖 6-1-21 (c) 標記正偏壓下所發現之亮點 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(d) 標記負偏壓下所發現之亮點 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
範例二
此發現了 [1, 1, -2] 方向之矩形結構與一個六角結構。
圖 6-1-21 (e) 亮點之間相對位置的測量 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(f) 模型圖
圖 6-1-22 (a) 圖 6-1-22 (b)
圖 6-1-22 (a) 正偏壓下發現之矽結構 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(b) 於同位置之負偏壓圖像 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-21 (e) 圖 6-1-21 (f)
圖 6-1-22 (c) 圖 6-1-22 (d) 圖 6-1-22 (c) 標記正偏壓下所發現之亮點 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(d) 標記負偏壓下所發現之亮點 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-22 (e) 亮點之間相對位置的測量 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(f) 模型圖
圖 6-1-22 (e) 圖 6-1-22 (f)
範例三
此發現了 [1, 1, -2] 和 [-1, 1, 0] 兩方向之矩形結構與兩個六角結構。
於 STM 圖上之黑色叉號標示之位置可見，正偏壓下並無發現任何亮點，
而負偏壓下卻掃出一整塊難解結構，推測此處應為兩區有序結構之邊界。
圖 6-1-23 (a) 圖 6-1-19 (b)
圖 6-1-23 (a) 正偏壓下發現之矽結構 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(b) 於同位置之負偏壓圖像 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-23 (b)
圖 6-1-23 (c) 圖 6-1-23 (d)
圖 6-1-23 (c) 標記正偏壓下所發現之亮點 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(d) 標記負偏壓下所發現之亮點 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
範例四
此發現了 [1, 1, -2] 、[-1, 1, 0] 與 [0, -1, 1] 三方向之矩形結構，以及 十個六角結構。
圖 6-1-23 (e) 亮點之間相對位置的測量 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(f) 模型圖
圖 6-1-24 (a) 圖 6-1-24 (b)
圖 6-1-24 (a) 正偏壓下發現之矽結構 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(b) 於同位置之負偏壓圖像 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-23 (e) 圖 6-1-23 (f)
圖 6-1-24 (c) 標記正偏壓下所發現之亮點 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(d) 標記負偏壓下所發現之亮點 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-24 (e) 亮點之間相對位置的測量 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(f) 模型圖
圖 6-1-24 (f) 圖 6-1-24 (e)
圖 6-1-24 (c) 圖 6-1-24 (d)
範例五
此發現 [-1, 1, 0] 和 [1, -2, 1] 方向之矩形結構以及五個六角結構。
圖 6-1-25 (a) 圖 6-1-25 (b)
圖 6-1-25 (a) 正偏壓下發現之矽結構 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(b) 於同位置之負偏壓圖像 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-25 (c) 圖 6-1-25 (d)
圖 6-1-25 (c) 標記正偏壓下所發現之亮點 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(d) 標記負偏壓下所發現之亮點 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
範例六
此發現了 [1, -2, 1] 、[-1, 1, 0] 與 [0, -1, 1] 方向之矩形結構，以及九 個六角結構。
圖 6-1-25 (e) 亮點之間相對位置的測量 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(f) 模型圖
圖 6-1-26 (a) 圖 6-1-26 (b)
圖 6-1-26 (a) 正偏壓下發現之矽結構 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(b) 於同位置之負偏壓圖像 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-25 (e) 圖 6-1-25 (f)
圖 6-1-26 (c) 圖 6-1-26 (d) 圖 6-1-26 (c) 標記正偏壓下所發現之亮點 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(d) 標記負偏壓下所發現之亮點 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-26 (e) 亮點之間相對位置的測量 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(f) 模型圖
圖 6-1-26 (e) 圖 6-1-26 (f)
範例七
此發現了 [1, 0, -1] 與 [-2, 1, 1] 方向之矩形結構與九個六角結構。
圖 6-1-27 (a) 圖 6-1-27 (b)
圖 6-1-27 (a) 正偏壓下發現之矽結構 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(b) 於同位置之負偏壓圖像 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-27 (c) 圖 6-1-27 (d)
圖 6-1-27 (c) 標記正偏壓下所發現之亮點 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(d) 標記負偏壓下所發現之亮點 [-1.8V，11x11 nm2 <修正>]
圖 6-1-27 (e) 亮點之間相對位置的測量 [+1.8V，11x11 nm2 <修正>]
(f) 模型圖
圖 6-1-27 (e) 圖 6-1-27 (f)
6-1-4 √3x√3 島
圖 6-1-30 (a) 為另一 √3x√3 島之負偏壓 STM 圖 (-1.8V)，圖 6-1-30 (b) 為該島之剖面圖。經測量，√3x√3 島高度約為 0.24 ± 0.01 nm，而銀 /矽(111)-(√3x√3)重構之單層高度亦為 0.24 ± 0.01 nm (於 -1.8V 之偏壓 測得)，高度相仿。
[1, 1, -2]
[1, -2, 1]
[-2, 1, 1]
圖 6-1-29 √3x√3 島位移示意圖
圖 6-1-30 (a) 負偏壓下之 √3x√3 島 [-1.8V，15x15 nm2] (b) √3x√3 島之剖面圖
圖 6-1-30 (a)
0.24 ± 0.01 nm
圖 6-1-30 (b)
不同於有序結構，√3x√3 島在正負偏壓下並無明顯的差異，並且其 週期性與基底銀/鍺(111)-(√3x√3) 相同，故推測該矽島頂層原子應為銀原 子所構成。矽原子於表面擴散並聚集後，與下方銀原子層作交換，銀原子 層上浮，並在鍺基底上成長出平坦之矽原子層，此為 Surfactant effect 之典 型現象之一。
而本實驗測量結果顯示，√3x√3 島 (矽原子層與銀所形成之結構) 之 週期性與基底銀/鍺(111)-(√3x√3) 相同，此表示矽原子層之原子排列間距 與鍺原子層相同。然而，矽原子之晶格常數小於鍺原子 4.8%，故√3x√3 島之矽原子層勢必受到一拉伸的應力影響，以匹配下層的鍺基底 [41]。
6-2 0.2 ML 矽在銀/鍺(111)-(√3x√3)表面上的成長與討論
將銀/鍺(111) -(√3x√3)表面加熱至不同溫度，保持恆溫，並以 0.01 ML/min 的速率，蒸鍍 0.2ML 矽原子到定溫的表面上，隨後使用 STM 觀察 其表面形貌。
6-2-1 於室溫 (300K) 蒸鍍
將 0.2 ML 之矽原子蒸鍍於室溫之 √3x√3 表面。圖 6-2-1 為尺寸 50x50 nm2 之正偏壓 STM 圖。蒸鍍於表面之矽原子於表面聚集成小面積 之二維結構，且可發現表面上有不少簡易結構出現。此顯示於室溫下，表 面的矽原子無法獲得足夠動能聚合成大面積之局部有序結構，故呈現小面 積散布的樣貌。而圖 6-2-1 中央可見到許多矽結構聚集於銀/鍺(111) -(√3x
√3)重構邊界，形成明顯的帶狀分布。
圖 6-2-2 為矽原子聚集排列而成的小面積局部有序結構以及低組合數
圖 6-2-2 為矽原子聚集排列而成的小面積局部有序結構以及低組合數