第五章 結論
5.1 KCl 離子固體在矽晶上的生成與熱脫附反應
Annealing Temprature (K)
400 500 600 700
Intensity (ML)
0.4-ML-Ge/Si(100)+Cl+K
Annealing Temperature (K)
400 500 600 700
Intensity (ML)
Annealing Temperature (K)
400 500 600 700 800 900
Intensity (ML)
本實驗結果:
一、在 0.4-ML-Ge/Si 表面曝滿 Cl2氣體，則 Cl 原子與表面產生 Si-Cl 和 Ge-Si 鍵結，
而蒸鍍上 K 後，Cl 和 Ge/Si(100)表面的 Si-Cl 和 Ge-Cl 鍵結消失，同時 Cl 和 K 鍵 結形成 KCl 離子固體薄層在表面上。
二、0.4-ML-Ge/Si 表面的 KCl 薄膜層，加熱溫度 325K 至 665K，熱脫附產物為 KCl 分子，加熱溫度至 665K 時，表面已經沒有 KCl。
三、氯原子與鉀原子會以一比一比例的量，在表面以 KCl 的形式被熱脫附，因此 被脫附的氯化鉀多寡由量不足的鉀或氯決定，在 665K 氯化鉀熱脫附後，與另一 元素比較，量多的元素則留存在表面。而不管K 蒸鍍量多或少，會有少量 K 沉 積散佈到矽表面以下。
四、在矽晶表面先曝氯再蒸鍍鉀所形成的超薄KCl 離子固體，與表面之介面沒有 電子轉移現象，而為類似地毯附著在表面，我們推論其偶極矩方向為交錯排列且 垂直於表面，雖然蒸鍍上K 後，Cl 2p 光電子強度明顯降低 1/3 左右，有可能為 K 原子在 Cl 原子之上，在表面形成全部向上的偶極矩，但此表面結構並非能量 最低的狀態，因此推論偶極矩為交錯排列且垂直於表面。
五、KCl 離子晶體的晶格常數 a=6.29 Å，大於 Si 的晶格常數 a = 5.43 Å，Ge 和 Si 為鑽石結構，KCl 則為 NaCl 結構，因此其介面詳細結構問題以及 KCl 熱脫附 時，Cl 或 K 是與鄰近原子一起形成 KCl 脫附或者與下面層的原子形成 KCl 脫附 (KCl 薄層是否會一層接一層脫附)的問題，有待於使用穿遂掃描顯微術繼續做這 方面的研究。
Si substrate
Cl
-圖(5.4) Ge/Si(100):Cl 側視圖
↓
+K
↓
圖(5.5) KCl 薄層側視圖 圖(5.6) KCl 薄層正視圖
↓
Heating Si substrate
↓
K+ Cl
-Si substrate
Cl
-K+
Heating Si substrate
K+ Cl
-5.2 Cl
2、HCl 在 Si(100)-2×1 表面上的熱反應及比較
矽(Silicon)是半導體領域常用到的元素，在半導體製程技術中，常常利用 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；這些存在於 Si 表面上的H 原子或 Cl 原子常以加熱樣品的方式，使其由 Si 表面熱脫附被移除。
本實驗我們利用XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)所得到的光電子能譜 來觀察Si 表面飽和吸附 Cl2氣體與飽和吸附HCl 的差異和 HCl 在 Si 表面上樣品
Annealing Temperature (K)
400 600 800 1000
Intensity (arb. units)
0.0
Si(100)2x1+HCl at 325K
Si+Cl2
Surface
圖(5.8)
本實驗結果:
一、Si(100)表面飽和吸附 Cl 時，表面每一個 Si 原子與一個 Cl 原子鍵結，令在 室 溫 下 於 Si(100)表面飽和吸附 Cl 時的情形，覆蓋率為一個 ML﹙ML—
monolayer﹚，而在室溫下於 Si(100)表面飽和吸附 HCl 時，Cl 的覆蓋率約為 0.47ML。如圖(5.9)［15］。
二、室溫下飽和吸附 HCl 的 Si(100)-2×1 表面，將其加熱溫度逐漸升高，溫度超 過605K 後，原有樣品表層 Si 的雙原子單體結構被打斷，使部分的 Si 與兩個 Cl 鍵結，而原來以雙原子單體鍵結的另一相鄰Si 因擠壓而未有 Cl 與之鍵結，且隨 樣品溫度升高以Cl-Si-Cl 鍵結方式的 Si 數目增多，至溫度為 915K 時此溫度開始 時Si-Cl-Si 和 Si-Cl 鍵結都出現了 Cl 脫附現象，且 Cl 的脫附為以 SiCl2為主的方 式脫附。另外在650K 時，H 原子就開始從表面上結合成 H2分子的形式熱脫附。
如圖(5.10)［15］。
圖(5.9)