由單一原子層影像探討氯化碘分子於矽晶面之吸附過程

Abstract

由於半導體工業的需求，矽單晶是易獲得的高品質共價鍵晶體樣品，而氯化碘分子為一典型的相異原子所構成之雙原子鹵素分子。我們利用具原子級影像解析的掃描穿隧顯微鏡為工具，在曝露過氯化碘氣體分子的矽表面上直接攝取原子影像，觀察與分析氯與碘這兩種不同的吸附原子在矽晶表面上形成有序的排列，以瞭解雙原子分子在共價鍵晶面上的詳細化學吸附過程。 我們發現飽和吸附氯或碘原子的矽(100)表面上，主要的吸附反應為裂解式吸附。但氯化碘氣體分子通量不同時，其在矽(100)表面吸附後的STM影像也不盡相同。高通量氯化碘氣體分子有效撞擊且吸附於矽表面後，氯原子和碘原子在矽(100)表面的雙原子單體列上呈現交錯排列，形成c(2 × 2)結構，理論計算結果顯示這種排列的系統能量最低、最穩定。但當相對低通量氯化碘氣體分子吸附於矽(100)表面，c(2 × 2)有序排列僅小區域零星地散佈於矽表面。這是因為有效吸附的氣體分子通量降低，氯化碘分子與表面上已形成之吸附物交互作用也較小所導致。另外，在本實驗過程中，我們曾經遇到氯化碘分子純度降低的問題，也找到了可讓進行相關實驗者作為參考的解決方法。