第三章 實驗數據分析
3.2 H、Cl 原子於高溫與室溫下在 Si 表面的分佈關聯
3.2.1 H、Cl 原子於高溫下在 Si 表面的同時吸附情形
在知道低溫下H、Cl 同時於 Si 表面的情形後，接下來我們想觀察在溫 度約為450K 時，H、Cl 原子是以怎樣的方式鍵結於 Si 表面。
本實驗的實驗步驟是先將樣品flash 後，先等樣品冷卻回室溫下，約 10 分鐘。然後通以直流電 25mA，等到樣品加溫穩定後，此刻溫度約 450K，
再將樣品面向曝氣管口，此時真空腔裡的基本氣壓是在 5×10-10 torr 以下，
再通予 HCl 1×10-9 torr 4 分鐘，可表示為 0.24 L (1 Langmuir =１×10-6 torr s )• 。完成曝氣後的樣品，H 原子及 Cl 原子已同時吸附在 Si 表面上。
此時要先等樣品溫度降回室溫且穩定後，才可以開始進行掃圖的工作，因 為要避免因為溫度過高產生不穩定的熱漂移（Drift），影響掃描樣品表面時 的穩定性，這會影響掃圖解析度的品質與可靠性。藉由穿隧電子顯微鏡來 掃描高溫下樣品表面的影像，得到如圖3.2-1。
圖3.2-1：高溫下 HCl 於 Si(100)-2×1 表面。圖中亮點為 Cl 原子，由 STM 掃
在高溫下所掃得的圖，看起來和低溫得到的影像有些許的不同。
下面我們透過幾組數據來分析，首先是高溫下第一組實驗數據（HT.1），圖 3.2-2。
圖3.2-2：高溫下 HCl 於 Si(100)-2×1 表面。圖中亮點為 Cl 原子，由 STM 掃描，區域大小30×20 nm2，Vsa mple =+2.61 (V)。
由得到的圖來看，表面的分佈情形與低溫下差異很大，Cl 原子排列不 再多以有序的Zigzag 排列，而是有群聚的現象，接著計算 H、Cl 鍵結比例 以及其位置關聯分析，圖3.2-3。透過計算結果，我們得到 H：Cl 為 60.3：
39.7，也是約 3：2。
Near Site
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Normalization
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
HT.1
圖3.2-3：計算圖 3.2-2（HT.1）中 Cl 於 Si(100)-2×1 表面分佈曲線圖。
單獨就本次實驗的數據來解釋，基本上各個位置鍵結 Cl 的分佈曲線和 低溫下的分佈曲線類似，因此H、Cl 共同吸附在 Si 表面的分佈情形應該都 是類似的趨勢，下面將此數據，和一組低溫下的數據曲線來比較，看看兩 者的差異性，圖3.2-4。
Near Site
釋了高溫下這些原子有些許會傾向鍵結於2、3 號位置，於是 2、3 位置 鍵結機率相對的增加了。
3. 高溫下，透過鍵結分佈曲線來看，5、6 號位置 Cl 的鍵結機率還是高於 平均值，所以還是可以觀察到部分區域是 Zigzag 的排列，不過由於其 他 Cl 原子聚集的情形增加後，使的整個圖形看起來不再像低溫那樣的 有規律性。
以圖3.2-5 為例，說明在低溫與高溫下 Cl 原子鍵結位置的變化關係。
圖3.2-5：LT 與 HT 下 Cl 原子鍵結位置的差異。
在基準點為 Cl 時來討論，圖中上半部藍色框內是低溫下常見的鍵結方 式，我們看到基準點週遭5~9 號的位置是鍵結 Cl，形成標準的 Zigzag 排列；
而圖下半部紅色框內代表的是高溫下的鍵結排列，可以看見5、6 的位置在 低溫下大多會鍵結Cl 原子的，在高溫時卻鍵結在同一對 Dimer 的隔壁 2、3 號位置上；在低溫下鄰排 9 號位置的 Cl 原子，在高溫時也鍵結到旁邊的 4 號位置，於是Cl 原子本來在低溫下多為 Zigzag 的排列方式，在高溫下形成 Cl 原子在鄰排 Dimer 相互聚集的比例增高。
接著我們再以第二組實驗數據（HT.2），圖 3.2-6，來計算分析其分佈情 形，並直接將兩組高溫下鍵結分佈曲線圖放在一起來看，圖3.2-7。
圖3.2-6：高溫下 HCl 於 Si(100)-2×1 表面。圖中亮點為 Cl 原子，由 STM 掃 描，區域大小30×30 nm2，Vsa mple =+2.56 (V)。
圖 3.2-8：高溫下 HCl 於 Si(100)-2×1 表面。圖中亮點為 Cl 原子，由 STM 掃描，每張圖區域大小 8×8 nm2。
透過上圖A~C 三個區域，來看各個位置 Cl 原子分佈的形情。0 號位置 表示為基準點，其餘各對應位置皆編號在各圖上。
A 區：圈選的範圍是同一對 Dimer，可以看到裡面是一對 Cl-Cl Dimer，就 Cl 來看，這就是 1 號位置也是鍵結 Cl 的情形，比低溫下的分佈機率還低。
B 區：圈選的範圍是相鄰的 Dimer，從圖中編號來看，這是在 4 號位置鍵結 Cl 原子，這並不是 Cl-Cl Dimer 對，另外 2、3 位置的鍵結，使得 Cl 原子呈 鍊狀排列，於是形成和鄰排4 號 Cl 原子聚集的現象。
C 區：圈選的範圍是同一對 Dimer，這裡是標準的 Zigzag 排列，也就是 5、
6 號及 7、8 號位置鍵結 Cl 原子。因為部分 Cl 原子由 5、6 號位置鍵結到 2、
3 號位置上，所以此排列在高溫下的分佈機率不如低溫下的分佈機率高。