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研究生: 李竹平
論文名稱: 用掃描式穿隧顯微鏡研究順式二苯乙烯吸附在鍺(100)表面
指導教授: 林景泉
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 61
中文關鍵詞: 二苯乙烯掃描式穿隧顯微鏡
英文關鍵詞: Ge, Stilbene, scanning tunneling microscopy (STM)
論文種類: 學術論文
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  • 有機分子在半導體表面上所形成自組裝和吸附行為,近年來被研究的
    非常廣泛。本篇論文主要是利用掃描式穿隧顯微鏡(Scanning Tunneling
    Microscopy,STM),來觀測Ge(100)表面在室溫和低溫下所呈現的結構不
    同,以及研究二苯乙烯(Stilbene)在Ge(100)表面上的吸附位置,和吸附與
    脫附的現象。
    室溫下用STM偵測Ge(100)表面,偵測出STM影像大部份呈現(2×1)的
    結構,而低溫下幾乎是呈現c(4×2)的結構。因為Ge(100)表面上鍺原子以
    二聚體的形式存在,鍺二聚體在室溫下快速進行flip-flop運動,在STM影
    像中鍺二聚體為一亮點,呈現(2×1)的結構;鍺二聚體在低溫下flip-flop運
    動較緩慢,鍺二聚體中高的原子(up-atom)形成一亮點,會出現c(4×2)和
    p(2×2)的結構,大部份是c(4x2)的結構。
    有機分子二苯乙烯吸附在Ge(100)的表面上,大部份的Stilbene會以相
    同的方向排列,只有少數的分子會以不同的方向吸附。二苯乙烯化學吸
    附在Ge(100)表面,二苯乙烯的乙烯雙鍵會和鍺二聚體發生成環反應。在
    多層吸附下,二苯乙烯分子彼此間為物理吸附,會因加熱二苯乙烯脫附
    ,加熱至不同溫度產生不同的覆蓋度(coverage)。

    Recently, the adsorption and self-ordered organic molecules on
    semiconductor surfaces have been investigated extensively. We investigated the adsorption and desorption of Stilbene on a Ge(100) surface using scanning tunneling microscopy (STM). The STM images show Ge(100) surface structure are different at room temperature and low temperature, and the arrangement of Stilbene on Ge(100) is directive.
    Ge dimer flip-flop and result in the (2×1), c(4×2) and p(2×2) structures. The STM images of Ge(100) surfaces were obtained and showed an ordered (2×1) domain pattern at room temperature(~298 K). At low temperature (liquid nitragen ~90 K) the surface were obtained that showed ordered c(4×2) domain pattern and a part of p(2×2) structure.
    Stilbene molecules absorb on the Ge(100) surfaces mainly through the cycloaddation reaction between the vinyl group of Stilbene and the Ge dimer. Most of Stilbene molecules adsorbed and arranged on Ge(100) surface in the same direction, but some Stilbene adsorbed in different configuration.

    第一章 介紹 1.1 研究動機…………………………………………………………………...1 1.2表面科學……………………………………………………………………2 1.2.1 表面科學的發展………………………………………………………2 1.2.2 表面的定義……………………………………………………………2 1.2.3 表面的吸附……………………………………………………………3 1.2.4 覆蓋度…………………………………………………………………3 1.2.5 表面分析的技術………………………………………………………3 1.3 掃描式穿隧顯微鏡 ……………..………………………………………4 1.3.1 STM原理………………………………………………………………4 1.3.2 掃描模式………………………………………………………………5 1.3.3 STM 儀器架構………………………………………………………...7 1.3.4 分析應用………………………………………………………………9 1.4 文獻回顧………………………………………………………………….11 第二章 實驗部份 2.1 超高真空系統…………………………………………...………….…….15 2.1.1 超高真空……………………………………………………….…….15 2.1.2 超高真空腔體………………………...……………………………...15 2.1.3 抽氣幫浦……………………………………………………………..16 2.1.4 壓力計……………………………………………………….……….20 2.2 Ge(100)晶片……………………………………………………….……...22 2.2.1 鍺晶片的應用………………………………………………………..22 2.2.2 表面重組……………………………………………………….…….22 2.2.3鍺表面上的鈍化應…………………………………………………...25 2.2.4 清潔表面……………………………………………………….…….28 2.3 二苯乙烯……………………………………………………….…………29 2.3.1 樣品純化……………………………………………………….…….29 2.2.2 順式及反式二苯乙烯………………………………………………..30 2.4 實驗儀器……………………………………………………….…………32 2.5 實驗步驟……………………………………………………….…………33 第三章 結果與討論 3.1 Ge(100)表面……………………………………………………….……...34 3.1.1 在室溫下(~298 K)Ge(100)的結構…………………………………..34 3.1.2 在低溫下(約90 K)Ge(100)的結構…………………………………..36 3.1.3 罕見的結構……………………………………………………….….37 3.2 二苯乙烯在Ge(100)表面之吸附…………………………………………41 3.2.1 二苯乙烯斜跨在dimer row上………………………………………..43 3.2.2 二苯乙烯沿著dimer row的方向吸附………………………………..48 3.2.3 順式二苯乙烯橫躺在dimer row上…………………………………..51 3.2.4 一對二苯乙烯吸附在表面上………………………………………..52 3.3 順式二苯乙烯在Ge(100)表面之吸附具方向性…………………………54 3.3.1 低覆蓋度時二苯乙烯不同的吸附型態……………………………..54 3.3.2 高覆蓋度時二苯乙烯吸附具方向性………………………………..56 第四章 結論…………………………………………………………………..58 參考文獻……………………………………………………………………...59

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