利用UHV-STM研究碳元素诱导的高密勒指数硅表面的表面重构

最近的研究表明当某些Si(5 5 12)-2x1样品的表面在以高温长时间加热时会发生不可逆转的表面结构的相变。结果从具有5.35nm线间距的一维对称结构的Si(5 5 12)-2x1变成了大面积的晶胞(unit cell)尺寸为1.54nm×1.57nm的(337)-4×1的表面重构与(113)面的组合结构。根据文献检索这种结构形成的原因很可能是存在于硅单晶中的微量的碳元素引起的。本项目拟采用超高真空扫描隧道显微镜(UHV-STM)研究：高密勒指数Si(5 5 12)-2x1及邻近的表面(vicinal surface)在吸附外来的碳元素时是否会产生这种结构，以及揭示多种取向的Si(5 5 12)-2x1的邻近表面在高温退火时发生这种不可逆转的表面结构的相变的规律。从而揭示(337)- 4×1形成的原因以及常规的制作该结构的方法。提供一种制作纳米量子器件的模板(template)。

Si(5 5 12)-2×1是具有周期性的一维对称结构的大面积的表面重构(surface reconstruction)，其周期为5.35纳米。在这样的表面上生长了很好的一维 (one dimensional (1-D)) 对称的、严格分离的、粗细可调节的In原子纳米金属线。但是Si(5 5 12)样品表面上不仅存在着平坦的Si(5 5 12)-2×1, 还观察到了表面的起伏结构，以及(7 7 17)、(3 3 7)-2×1、(1 1 2)等小面的存在，而且在其表面上进行吸附In元素的实验中观察到了(6 9 17)面转变成(1 2 4)面与(1 1 1)面的组合结构的现象。因此，深入地研究了其表面上出现各种小琢面结构的产生原因，研究了局域面的方向和小琢面的方向的确定方法（因为传统的XRD等方法无法确定）。.不仅如此，最近的研究表明当某些Si(5 5 12)-2×1样品的表面在以高温长时间加热时会发生不可逆转的表面结构的相变。结果从具有5. 35nm线间距的一维对称结构的Si(5 5 12)-2×1变成了大面积的晶胞(unit cell )尺寸为1. 54nm×1. 57nm的(3 3 7)-4×1的表面重构与(1 1 3)-4×2面的组合结构。Si (3 3 7)-4×1是规则的二维对称结构。因此，揭示(3 3 7)- 4×1形成的原因以及常规的制作该结构的方法就可以提供一种具有潜在应用前景的制作纳米量子器件的模板(template)。研究发现(3 3 7)-4×1结构不仅在高温加热某些Si(5 5 12)-2×1结构时会产生，而且在某些Ge吸附到Si(5 5 12)表面的实验中也会产生Si(3 3 7)-4×1的结构。不仅如此，在某些C2H2/Si(5 5 12)的实验中也观察到了Si(3 3 7)-4×1形成的某些中间过程。但是，目前国内外的研究团队还没有发现确切的常规的制作Si(3 3 7)-4×1结构的方法。因此，正在继续研究确切的Si(3 3 7)-4×1结构形成的原因以及制作的方法。