半導體工業的蓬勃發展，帶起了科學家對半導體材料的研究與 興趣，而磁性材料具有很高的應用價值，在半導體表面的特性，亦受 到相當的關注[1]。鈷具有很好的磁性，而鍺(111)的表面比矽(111)的表 面更有半導體的特性[2]，因此我們選擇鍺(111)為基底，並鍍上鈷為我 們主要研究的對象。由於鈷和鍺在室溫下很容易發生反應，對於薄膜 的成長與特性研究不易，因此我們嘗試在鍺(111)基底上蒸鍍銀當作中 介層，並退火使表面形成(√3×√3)和(4×4)的重構，進行薄膜成長與結 構變化的研究。
近年來本實驗室致力於鈷原子島在銀/鍺(111)介面上的成長行為 相關研究，已有不少成果。根據過去的研究，發現鈷在銀/鍺(111)- (4×4)、(√3×√3)介面上會形成兩種不同結構的鈷島，一為(√13×√13) 結構的鈷島，另一為(2×2)結構的鈷島[3]；另外，鈷在鍺(111)上也會形 成相同(√13×√13)與(2×2)結構的鈷島[4]。
進一步的研究也發現，當鈷鍍量為0.22 ML時，銀/鍺(111)-(4×4)、
(√3×√3)露出的面積百分比都有下降的現象，繼續增加鈷鍍量至0.55 ML，此時銀/鍺-(4×4)露出的面積百分比大幅下降，而銀/鍺-(√3×√3) 露出面積百分比反而增加了，最後當鈷鍍量為1.1 ML時，已沒有任何 銀/鍺-(4×4)的面積露出，只剩下銀/鍺-(√3×√3)的面積露出。
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本實驗立足於前人的研究結果上，為進一步了解鈷和銀與鍺之間 的作用，以及是否會與鍺形成合金，我們利用歐傑電子能譜術與低能 量電子繞射儀，進一步研究鈷原子在銀/鍺-(4×4)、(√3×√3)介面上的 成長模式與結構的變化。
常見的薄膜成長模式有三種[5]，如圖 1-1：
圖 1-1 薄膜的成長模式
(1) Frank-van der Merwe ( FM ) mode :
即吸附的原子鋪覆在基底上時，喜歡先鋪滿一層，再開始長下 一層，顧名思義，吸附原子在基底表面上，一層又一層的平整
基底 吸附原子
F.M.mode S.K.mode V.W.mode
成長，又稱為層成長(layer-by-layer growth)。
(2) Stranstri-Krastanov ( SK ) mode :
此種模式下，吸附的原子會先長一到數層平整的薄膜，之後鋪 覆上去的原子再以三維島狀的方式成長。
(3) Volmer-Weber ( VW ) mode :
此種模式下的吸附原子，尚未先長滿一層平整的薄膜，便直接 呈三維島狀的方式成長。
影響薄膜成長模式的原因很多，較為常見的是以熱力學的自由 能來解釋[6]；設
△γ=（γadsorbate－γsubstrate ）＋ γinterface
γadsorbate：吸附層的表面自由能
γinterface ：吸附層與基底間的表面自由能
γsubstrate ：基底的表面自由能
(1) 若△ γ＞0，則吸附原子較傾向黏附在與自己同種類原子上，則 成長模式為 V.W.mode。
(2) 若△γ＜0，吸附原子傾向停在基底或薄膜邊緣，故利於 F.M.mode 或 S.K.mode 成長。
另一種觀點，是由基底原子與吸附原子的晶格來看，即從晶格匹
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配度來看，藉以判別薄膜的成長模式[7]：
lattice match
= 100 % 基底原子半徑
吸附原子半徑 基底原子半徑
(1) lattice match<2%：表示兩種原子大小差不多，利於 S.K.mode 或 F.M.mode 成長。
(2) lattice match>2%：表示兩種原子大小相差漸多，趨向於 V.W. mode 成長[8]。
鈷，為 VIIIB 族過渡金屬、電子組態[Ar]3d74s2，單晶為六角最密 堆積結構(hcp)，晶格常數為 2.51 Å ，原子間最近距離為 2.50Å ，是非 常好的磁性材料。
銀，為 IB 族過渡金屬、電子組態[Kr]4d105s1，單晶為面心立方堆 積(fcc)，晶格常數為 4.09 Å ，原子間最近距離為 2.89Å 。
鍺，為 IVA 族類金屬、電子組態[Ar]3d104s24p2，單晶為鑽石結構 堆積(fcc)，晶格常數為 5.658Å ，原子間最近距離為 2.45 Å 。