氯化鈉的成長模式

圖 3.1.2.1(a-d)為一系列氯化鈉成長的佔據態影像，圖 3.1.2.1(a),(b)顯示 著蒸鍍鈉原子的量增多，氯化鈉二維島嶼的面積漸漸增大，直到蒸鍍鈉 3.1.2.1(c)所示，單一原子層的氯化鈉形成並

圖3.1.2.1 (佔據態影像) (a)蒸鍍鈉原子 20 秒; 9 × 9 nm², 2.2 V, 200 pA。(b)蒸 鍍鈉原子30 秒; 20 × 20 nm², 2.4 V, 150 pA。(c)蒸鍍鈉原子 70 秒; 20 × 20 nm², 2.4 V, 100 pA。(d)為圖 3.1.2.1(c)實際得到穿隧電流與設定電流的差值影像。

隨

原子的時間到達70 秒時，如圖 且依附成長在表面上。

(a) (b)

(d) (c)

當鈉原子遊走最後會成核座落在四顆氯原子中間的位置，如圖3.1.2.2(b) 所示，而使得整體表面形成穩定的結構，但由於矽的晶格常數只有5.43 Å，

小於氯化鈉的晶格常數為 5.63 Å，晶格常數的差異約 3.6 ％。為了緩和二 維氯

而得到圖 3.1.2.3(b)，氯化鈉表面呈現高低起伏不平的形貌，方格影像的 化鈉島嶼內部晶格常數的差異，氯連帶最表層矽原子的位置出現所謂 同相(In-phase)「之字型」(Zig-zag)結構，可參照圖 3.1.2.2(b-d)所顯示的模型，

如此可使得矽表面上氯－鈉－氯離子的空間長度增長，以便更接近氯化鈉 的晶格常數，而圖 3.1.2.2(a)白色區域內為得到的相對應實驗數據，清楚顯 示上述同相「之字形」的結構，至於原子影像解釋的部分將會在3.2.1 節有 更進一步的討論。

圖3.1.2.2 (佔據態影像) (a)為圖 3.1.2.1(b)的縮圖。(b-d)為圖(a)中白色區域各 面向的原子結構示意圖，黃、綠、藍分別代表為鈉原子、氯原子及矽原子。

(a) (b)

(c) (d)

當鈉原子的數量到達單一原子層氯化鈉的鈉原子數量時，單一原子層 的氯化鈉形成並依附在矽(100)表面上，如圖 3.1.2.3(a)所示。鎖定著台階部 份

亮暗落差(Corrugation)約 0.2 Å，接近 Hebenstreit 等人所量測到單一原子層 氯化鈉在鋁(111)面的亮暗落差(0.15 Å)，而不是雙原子層氯化鈉的值(0.35 Å)，詳情可參見圖 1.3.2.1(b) [3]，或許影像的亮暗落差可以成為氯化鈉原子 層厚度的表徵。至於同一台階內顯示高度的最高落差可達約 1.25 Å，與矽 (100)面台階高度 1.36 Å 相近，台階高度可參照圖 3.1.2.3(c)藍色虛線所示，

這反應了單一原子層氯化鈉彼此之間作用力變強而與基底的鍵結變的比先 前未滿單一原子層的氯化鈉島嶼更為微弱，若細部觀察台階邊緣位置的探 針顯示高度曲線，原本垂直的台階邊緣變成更平緩的曲線分佈，彷彿氯化 鈉以類似地毯(Carpetlike)的方式依附在矽表面上。

圖3.1.2.3 (佔據態影像) (a)蒸鍍鈉原子 70 秒; 150 × 150 nm², 2.4 V, 100 pA。

Lateral Displacement (nm)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Apparent Height (A)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

(a) (b)

(c)

(b)鎖定圖(a)台階附近位置所得到影像; 20 × 20 nm², 2.4 V, 100 pA。(c)將圖(b) 白線部份做STM探針顯示高度－位置曲線。

同樣類似氯化鈉結構的 STM 影像也出現在利用分子束磊晶方式成長氯 化鈉在與矽(100)結構類似的鍺(100)面[2]，Glöckler 等人利用探針顯示高度 推測出其成長模式為雙－單一原子層的方式(詳情可參見 1.3.1 節說明)，觀 察在少量雙原子層氯化鈉島嶼成長時，便以類似地毯的方式依附，同樣成 長階段如圖 3.1.2.1(a),(b)則顯示單一原子層氯化鈉島嶼與基板間擁有較強 的鍵結。我們合理推測可能的原因為：由於雙原子層的氯化鈉偶極矩以垂 直基底表面的方式排列，單一原子層的氯化鈉偶極矩則是接近平行基底表 面的排列方式，因此，雙原子層氯化鈉之間的鍵結勢必大於單一原子層結 的鍵結就會變的比單一原子層結構 以利用實驗的方法做更進一步確認 上，再利用分子束磊晶方式來成長 [2]中氯化鈉偶極矩的排列方式，應該 構，因此，在同樣成長階段，與基板間

來得微弱。當然，我們也提供了一個可 的平台，在此單一原子層氯化鈉的根基 氯化鈉，藉由比較 Glöckler 等人結果

可以更進一步釐清雙－單一原子層的成長機制。

3.2 氯化鈉在矽(100)晶面上的 STM 影像 高度－位置曲線(取自論文[14])。(b),(c)分別為溫度在 63 K時乾淨矽(100) 面之反相(Out-of-phase)「之字型」結構的佔據態(1 V, 100 pA)與非佔據態 V, 100 pA)影像，π與π^＊態電子訊號分別顯示在此結構矽原子位置較高或 但卻是可以理解的結果，誠如Glöckler 等人對氯化鈉在鍺(100)面上之 STM

(a) (b) (c)