加熱退火至 100℃、200℃、250℃、300℃及 400℃
直到鈷鍍量為 4.9 ML
4.2 前置作業
鎢絲斷裂處可得到約 100～1000Å 大小的尖端。而為了使針尖的形狀 較為對稱，可以觀察在陰極附近（負極）氫氣的生成速度，適當改變 直流電源的電壓來控制。圖 4-1(b)為 Omicron 公司等製放置探針的 針座。圖 4-1(c)(d)為製備完成的針，利用 SEM 拍攝其針尖的照片。
圖 4-1 (a) 鵭線在液面反應圖 (b) Omicron 的針座 (c)SEM 看到的針尖，比例尺為 100 μm
(d)SEM 看到的針尖，比例尺為 10 μm
(a) (b)
(c) (d)
100μm 10μm
4.2.2 超高真空環境（Ultra-High Vacuum；UHV）
由於實驗主要是要觀察樣品表面結構的變化，因此要有乾淨的樣 品表面是很重要的。利用架設於腔體上的幫浦系統，我們可以使真空 達到 10-10 torr 以下。如此表面就可以長時間維持清潔。
通常在破完真空後，欲回復原本的真空狀態，首先必須在打開的 腔口上放置新的無氧銅環，鎖緊螺絲，並開啟機械幫浦，等派朗尼壓 力計顯示真空腔為 10-2 torr 左右時，即可開啟渦輪分子幫浦，待渦 輪幫浦抽氣達 10-6 torr 以下後，先測漏確定沒有漏氣，再於整個腔 體上覆上絕熱衣並進行烘烤（baking），烘烤溫度約在 120℃並持續 15 小時以上。烘烤的過程中壓力會先升後降，主要是釋氣（outgas）
達一定程度之後，真空就會開始變好，通常烘烤後回到室溫，壓力就 可以達到 10-9 torr。此時關閉主腔體對外所有閥門，並開啟離子幫 浦與鈦昇華幫浦，繼續對腔體抽氣。接著對所有實驗過程中需要加熱 的儀器（如蒸鍍鎗…等）進行釋氣，完成以上步驟後，真空應該達到 10-10 torr 左右，即可開始著手進行實驗。
每次回復真空的過程是一定的，當真空無法回復時，需小心檢查
4.3 基底的製備
度，或是利用上述直接加高溫的過程中所得的 I-T 圖外插算得直接加 熱的電流，再利用此電流來加熱樣品。
鍺是無法利用短暫衝高溫的方式清潔樣品表面，因通常衝高溫的 溫度約在 1000℃以上，而鍺的熔點約為 938℃。所以必須利用離子濺 射（sputtering）的方法，來去除表面的氧化層及其他吸附雜質，本 實驗室利用的是氬離子（Ar+），因為氬氣是惰性氣體，對真空腔的影 響會較小。
要對鍺基底作離子濺射，先開啟氬氣瓶與主腔體之間的閥門，讓 氬氣穩定地通過離子槍並流入主腔中。利用壓力計可判定氬氣的流 量，利用機械幫浦及分子幫浦使主腔壓力維持在 1×10-5 torr 附近，
此壓力附近所指示的氣流大小相當於離子槍的工作範圍，接著放上強 力磁鐵，此磁鐵可提供外加磁場，加速被離子化的氣體，然後打開離 子槍的高壓源。對於半導體的樣品，可外加 1 kV 左右的電壓，本實 驗室經常使用的高壓約在 0.5 kV～1.0 kV。視樣品狀況，通常在清 潔表面數次後可降低離子槍的能量，避免高能量的離子造成表面的不 平整。
退火（annealing）的過程，才能完全清潔鍺的表面。 rest-atom 上都會有 dangling bonds[19]。根據相關的研究結果指 出，從 adatom 的 dangling bonds 有很大量的電荷轉換（charge tranfer）到 rest-atoms 的 dangling bonds [20][21]，如此可以使 鍺的表面能有更大的能隙（gap）。利用 STM 穿隧能譜的測量也可以證 實鍺(111)-c(2×8)表面，介於 adatom dangling bonds（+0.5eV）與 rest-atom dangling bonds(-0.7eV)的能隙大約為 1.2eV。而矽(111)7
×7 的能隙，在 adatom dangling bonds(-0.35eV)與 rest-atom
dangling bonds(-0.8eV)之間大約為 0.45eV[20][22]。
當物質吸附於鍺(111)-c(2×8)表面時，將較喜歡選擇吸附在 H3 site[23]。因此當我們在鍺表面鍍上銀並加熱使其形成為√3×√3 的 重構後，銀所佔據的 site，就在 H3 site 附近。
(a) (b)
圖 4-2 (a) 鍺(111)-c(2×8)原子模型
(b) 利用 c(4×2)與(2×2)所組成的 c(2×8)表面
圖 4-2(b)也是鍺(111)-c(2×8)的原子模型，可以發現其實鍺 (111)-c(2×8)表面重構，是由許多 2×2 和 c(4×2)所組成的[21][22]，
而此 c(2×8)的結構是鍺(111)能量最為穩定的表面重構[25][26]。因 此當高溫（約 800℃）加熱，並持續夠長的時間（10 小時以上），並 且重覆離子濺射及加熱退火可以使表面達成此種重構[25][27][28]。
4.3.2 在室溫下製備銀/鍺(111)√3×√3 之基底
先利用 STM 檢查鍺的表面，確定其表面狀態是乾淨的 c(2×8)結 構後，利用 K-cell 的蒸鍍鎗以 0.3ML/min 的速率蒸鍍約 1ML 的銀，
並利用間接加熱或直接加熱的方式加熱至 500℃，即可產生√3×√3 的重構，同樣藉由 STM 都可觀察到√3×√3 的重構。
4.3.3 不同溫度及鍍量上鈷原子在銀/鍺基底上的行為
當已經製備好銀/鍺(111)√3×√3 之基底後，就可以開始在銀/
鍺表面加鍍上不同鍍量的鈷，鍍鈷的系統是之前在第三章中提到的 EFM3 蒸鍍鎗，藉由這種蒸鍍鎗可以將鈷很均勻得鍍在表面上，而且 此系統的蒸鍍速率可利用控制器維持穩定，易於控制鍍量。鍍好之 後，就可加熱至不同的溫度，為了瞭解更多不同溫度時表面的情況，
我們選擇每加熱 100℃便進行觀察一次。由於超過 500℃之後，銀原 子會離開鍺基底的表面，因此溫度只能加到 500℃以下[36][37]。
+1.4 V 10×10nm2 -1.4 V 10×10nm2 圖4-3 鍺(111)-c(2x8)表面