C60分子在Si（111）-7×7重构表面MBE生长的STM/STS研究

论文摘要

本文主要在超高真空条件下利用分子束外延技术完成C60分子在Si（111）-7×7的生长,研究了分子与衬底之间的相互作用以及其随温度的变化情况。在此基础上还研究了多层分子在硅衬底的生长模式,实现了通过控制退火温度改变分子的生长规律。通过控制单分子在硅表面的生长,利用扫描隧道显微镜（STM）发现分子由于受到衬底作用力的不同而有一定的生长分布规律。室温下,电子从衬底硅原子转移到分子最低未占据态;经过400℃退火后,衬底表面基本没有被破坏,出现分子从台面向台阶定向移动的现象;当退火温度为600℃-700℃时,衬底受到一定程度的破坏,分子在衬底缺陷处形成类似二聚体的结构,与硅原子之间的相互作用转变为共价键,形成Si-C60化合物;900℃下直流退火后,C60分子的笼状结构被破坏,衬底缺陷明显增多,此时生成物的表面形貌呈岛状,于是我们推断岛状物为碳硅化合物;当直流退火温度达到1250℃时,碳硅化合物消失,硅表面重新结晶形成较为有序的7×7重构。通过比较分子在硅衬底不同位置的STS结果,再次证明Si（111）-7×7表面不同位置上的C60分子存在不同程度的电子转移,在硅表面的C60分子带宽明显小于1.6-1.9eV（空间自由分子的带宽）。增加覆盖度,发现室温下分子按照Stankski-Krastanov模式生长。经过600℃背烘退火,分子形成排列有序的“双区域”结构。在此有序结构上继续沉积C60,发现后入射的分子按照Frank-van der Merwe模式生长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料的形貌分析的重要性
• 1.2 纳米材料自组装
• 1.3 纳米电子器件到分子电子器件的过度
• 1.4 本课题的研究背景及意义
• 第二章 实验方法
• 2.1 扫描隧道显微镜（STM）
• 2.1.1 扫描隧道显微镜（STM）的工作原理
• 2.1.2 工作模式
• 2.1.3 扫描针尖的制备方法
• 2.2 超高真空扫描隧道显微镜分子束外延系统（UHV-STM-MBE）
• 2.2.1 超高真空系统
• 2.2.2 STM 扫描反馈及分析系统
• 2.2.3 分子束外延生长
• 2.3 扫描隧道显微镜工作参数设置
• 2.4 Si（111）-7×7 重构表面的制备
• 第三章 基本原理
• 3.1 薄膜成核长大的热力学和动力学
• 3.1.1 薄膜成核长大热力学
• 3.1.2 薄膜生长的动力学过程
• 3.2 Si（111）-7×7 表面
• 3.2.1 表面重构及其标记
• 3.2.2 Si（111）-7×7 重构表面的结构
• 60分子在 Si（111）-7×7 表面的 MBE 生长研究'>第四章 小覆盖度 C₆₀分子在 Si（111）-7×7 表面的 MBE 生长研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果及讨论
• 60 分子在Si（111）-7×7 表面的MBE 生长分布'>4.3.1 室温下C₆₀ 分子在Si（111）-7×7 表面的MBE 生长分布
• 60 分子生长后的退火处理'>4.3.2 小覆盖度C₆₀分子生长后的退火处理
• 4.3.2.1 温度400℃时背烘模式退火405
• 4.3.2.2 温度为600℃-700℃直流退火205
• 4.3.2.3 直流退火900℃和1250℃温度下205
• 4.4 小结
• 第五章 单分子的 STS 研究和分子的层状生长模式
• 5.1 引言及理论背景
• 5.2 实验部分
• 5.3 结果与分析
• 60 分子在硅表面的扫描隧道谱（STS）研究'>5.3.1 单 C₆₀分子在硅表面的扫描隧道谱（STS）研究
• 5.3.2 室温时分子生长的团聚现象
• 5.3.3 温度 600℃退火处理
• 5.3.4 分子到 Frank-van der Merwe 层状生长模式的转变
• 5.4 小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文目录