Si是半導體領域中是最重要也是最常用到的元素，不論是在電腦中的中央 處理器或記憶體，還是時下熱門的手機中的電子元件．．等，都是要用到矽 元素的。然而，在半導體製程技術中也常使用SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4等 氣體來成長Si薄膜或介電質薄膜於Si表面上，或使用Cl2氣體來蝕刻Si表面，而 HCl氣體也常是製程技術中的伴隨產物，所以、對於了解氣體分子共存於Si表 面上時的原子擴散、自我組裝與熱反應等研究是重要的。因此，本論文主要 是探討氣體分子在懸鍵上的分子動態研究，讓我們能夠了解分子氣體如何在 樣品表面移動、排列、聚集與進行化學鍵結反應，並且進而了解表面原子的 磊晶成長的分佈行為及許多表面化學反應的基本機制。
本實驗將以Cl2氣體分子和Si(100)-2×1：H為研究的題材，因此我們先在 Si(100)-2×1 表面上，先曝滿H2氣體，形成 1ML的 Si(100)-2×1：H的resist再使 用探針脫附、熱脫附、或控制曝氫的量，來產生我們要的孤立的懸鍵或成對 的懸鍵，其後再曝上Cl2氣體分子，再分別探討他們各別的化學吸附機制。然 而、對於孤立的懸鍵的實驗數據，經統計、整理如表 4.1(a)、圖 4.1(b)、表 4.2(a)、
圖 4.2(b)所示、表 4.3(a)、圖 4.3(b)，其中 4.1(a)(b)和 4.2(a)(b)的數據(一)、數 據(二)、數據(三)為分別對樣品進行熱脫附或控制曝氫的量之後，所取的不同 區域範圍的圖在進行曝氯所做的統計表，而 4.3(a)(b)為使用探針脫附所做的統 計。至於成對的懸鍵的吸附情況，將由STM的圖像來觀看，如 4.3(a)(b)，並把 它轉為矩陣圖來探討如圖 4.3(c)。
數 據 (一 ) 數 據 (二 ) 數 據 (三 )
139/156=89% 117/145=80% 124/144＝ 86%
表 4.1(a) 數 據 (一 )、 數 據 (二 )、 數 據 (三 )， 為 熱 脫 附 以 後 取 不 同
數 據 (一 ) 數 據 (二 ) 數 據 (三 )
180/197=91% 166/188=88% 106/133＝ 79%
表 4.2(a) 數 據 (一 )、 數 據 (二 )、 數 據 (三 )， 為 控 制 曝 氫 的 量 以 後 取
個 數
左圖 4.3(a) 室溫下針脫附於 Si(100)-2×1:H 表面上，圖中亮點為成對的懸 鍵，取圖的區域為 9 × 5 nm2， STM的偏壓和回饋電流分別為 Vs a m p l e = -1.82V、 ΙfeedbackΙ= 0.28nA
右圖 4.3(b) 11.52 L Cl on Si(100)-2×1：H，圖中亮點為 Cl 原子，取圖的區域 為 8 × 7 nm2， STM的偏壓和回饋電流分別為Vs a m p l e = +1.82V、ΙfeedbackΙ= 0.28nA
圖 4.3(c) 為圖 4.3(b)的矩陣圖，綠色為懸鍵變成氯、藍色為氫變成氯、 黃 色為懸鍵變成氫。從圖可發現許多成對的懸鍵變成氯。
最後我們綜合上面的實驗數據和圖像，得到下列二項了解：
一、由表 4.1(a)、圖 4.1(b)、表 4.2(a)、圖 4.2(b)我們了解Cl2氣體分子對於孤立 的懸鍵的吸附方式是以H-Si-Si-Cl的鍵結，因Cl 氣體分子看到孤立的懸鍵時，
會造成電子雲的轉移，使得一顆氯原子吸附在孤立的懸鍵的位子上，另一個 氯原子會在表面遊走，找尋可吸附的位子，且又因Si-Cl的鍵結能為 4eV、Cl-Cl 的鍵結能 1.4eV、Si-H的鍵結能為 3.5eV，因此我們可以了解到Si-Cl的鍵結是比 較穩定的形式。
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二、由圖 4.3(a)(b)(c)我們可以知道Cl2氣體分子對於成對的懸鍵的化學吸附方 式，是因成對的懸鍵產生時將會造成微弱的π鍵形成，因此很容易被外來氣 體打斷而形成鍵結，所以我們可以觀測到兩顆Cl原子吸附在成對的懸鍵上形成 Cl-Si-Si-Cl的鍵結，然而因兩顆氯原子吸附在矽-矽雙原子單體(Si-Si dimer)上將
造成電子結構的改變，讓 的軌域是被 所分離，所以我們可以在STM
empty state看到dimer上的兩顆Cl原子是分離的圖像。
Si−Cl
σ
*σ
*d。