氯化碘分子在矽和鍺晶面上選擇性吸附過程比較

Abstract

根據文獻指出，氯化碘分子在Si（111）上會發生碘選擇性吸附行為，使得表面所吸附的碘原子比氯原子多，，因此本文要比較在不同晶面上，Si（100）與Ge（100），選擇性吸附反應是否會發生。本實驗方法為核心層光電子激發術，並以高解析的同步幅射光作為光源，觀察Si 2p、Ge 3d、I 4d及Cl 2p光電子能譜，得知樣品表面的吸附情形。 研究結果顯示，當表面活性鍵較密集時，不論在矽或鍺表面上，碘與氯的比大約為3 : 1，此時我們不需考慮周圍吸附物的影響，單純考慮分子的最高佔據電子態與表面的最低未佔據電子態的交互作用，因氯化碘分子最高佔據能態密度分佈是不對稱的，表面活性鍵會引發碘原子端轉向表面的效應，使得發生碘原子選擇性吸附反應機率增加。 當活性鍵周圍存在吸附物時，兩種表面上的反應相異，矽表面上碘與氯的比為1 : 1，而鍺表面上維持3 : 1。此時周圍吸附物會影響分子吸附方向與表面夾角，除此之外，在室溫時，Si（100）的雙原子單體振動頻率較Ge（100）高，所以在分子吸附過程中（~ 10-12秒），分子受到矽表面雙原子單體的作用力是對稱的，但受到鍺表面的作用力是不對稱的，而造成活性鍵最低未佔據電子態的密度分佈改變，使得在鍺表面上，當碘原子端與表面鍵結，氯原子端受到鄰近活性鍵的作用而距離較遠，因此在鍺表面上發生選擇性吸附反應的機率較在矽表面上的機率大。