Transcript Ag(111)超薄膜表面上の Si成長過程

Ag(111)超薄膜上のSilicene
エピタキシャル成長過程（実験）Ⅱ
東工大・総理工
平山 博之、 大城 敦哉
Silicene: analogous of graphene for silicon
Siliceneのエピタキシャル成長（実験）
Si原子蒸着
20 ML Ag(111)超薄膜
20 ML Ag(111)超薄膜
Si(111)基板
Si(111)基板
・Ag(111)表面上への
エピタキシャル成長
・Ag(111)基板： Si(111)基板
上のAg超薄膜を利用
・Si原子蒸着
・成長パラメータ
基板温度
蒸着速度
前回の結果
Ag 1x1
蒸着温度：250℃
蒸着レート：0.005ＭＬ/sec
Silicene/Ag ?
5nmx5nm; +2.0V/0.1nA ; +0.1V/1.0nA
子
格
)実
111
Ag(
Graphite STM image
ene
silic
問題点：
１）STMの輝点間隔～Ag1x1
２）基板温度（高温域からの外挿）
→250℃より高かった？
→Agの一部は脱離
子
実格
今回：低温パイロで正しく温度計測し
成長過程をきちんと追う！
成長条件の探索
成長温度→ 室温
250℃
成長速度
↓
0.018ML/min.
30ｘ30nm2
0.022ML/min.
最適成長条件
・蒸着速度： 0.018ML/min.
・基板温度： 250℃
0.3 ML
Silicene成長に伴うLEEDパターン変化
Ag1x1
0.33ML
Ag1x1
Silicene 1x1
E=60eV
0.66ML
1ML
LEEDパターン解析
Siliceneのユニットセル
Ag1x1
Si1x1
ユニットセル
サイズ
0.389 nm
S.Ciraci et.al. Phys. Rev. Lett. 102,236804(2009)
Silicene成長過程： ＳＴＭ
0.33ML
30ｘ30nm2
＊ステップエッジから
２次元Siドメインが成長
・蒸着速度： 0.018ML/min.
・基板温度： 250℃
Silicene成長過程： ＳＴＭ
（Si被覆率依存性）
0.33ML
0.66ML
20nm
三角格子構造
ドメイン
1ML
10nm
ハニカム構造
ドメイン
＊ステップエッジ → テラス に広がっていく。
＊三角格子構造ドメイン → ハニカム構造ドメイン
20nm
ＳＴＭ像の解析
10ｘ10nm2
三角格子構造
ユニットセル
1.001 nm
＊LEED像が示すsiliceneのユニットセル
サイズ 0.389 nmよりも大きい
ハニカム構造
ユニットセル
1.139 nm
Ag(111)へのsilicene
の整合構造?
ハニカム格子の構造モデル
Ag(111)基板に対しsilicene格子
を回転させて整合構造を見ると・・・
＊Ag(111)の4x4超構造に整合
＊ユニットセルサイズ 1.156 nm
～ STM像のセルサイズ 1.139 nm
5x5nm2
＊STM像の輝点
下地Aｇ原子のon-topに
乗ったSi原子サイト
三角格子の構造モデル
＊Ag(111)の√13x√13超構造に整合
＊ユニットセルサイズ 1.049 nm
～ STM像のセルサイズ 1.001 nm
＊4x4セルに対して14°回転
20x20nm2
＊ハニカム格子に対して
三角格子構造は約10°回転
Summary
• Silicene成長条件の確立
– 基板温度：230℃程度
– 蒸着レート：0.018ML/min
• LEED&STMによるSiliceneの観察
– ステップエッジから成長
– Ag基板との相互作用による２種類の長周期構造
Ag(111)
APPLIED PHYSICS LETTERS 97, 223109
2010
Previous studies (experiments)
Ag(001)
Ag(110)
[2]
[1]
Ag(111)
[3]
100n
m
6.4nm
45nm
11nm
Ag(111)表面上で
平面的に成長
[1] B. Aufray et.al. Surface Science 574 L9-L15 (2005)
[2] B. Aufray et.al. Surface Science 601 262(2007)
[3] B. Aufray et.al. Applied Physics Letters,97,223109(2010)
11nm