关于原子台阶的总结

校历第十九周计划（12.30-1.5）：关于原子台阶的总结

关于原子台阶做一个总结。从表面结构、增原子移动、双层原子台阶形成等几个方面进行系统的说明

附：上周周报以图示分析只能展现出增原子在台阶处移动的一种过程。这周又查询了相关的文献，以概率的方式说明增原子的运动方式是较为合适的。

12.30

1 室温下表面二聚体链形成

理想Si(001)表面上的每个原子有2个悬挂键，表面能量很高，为了降低表面能量达到系统的稳定结构，表面原子会重新成键形成再构表面。研究认为此表面低温下形成(2×2)或(4×2)结构，高温下会形成(2×1)等结构，如下图所示。

2 Si(001)表面的单原子台阶

Si(001)表面存在两种台阶，第一种与高层台面二聚体链相互平行的台阶称作SA型台阶，该台阶较为平直；第二种与高层台面二聚体链相互垂直的台阶称作SB型台阶，该台阶较为曲折。如下图所示。另外也将双层原子台阶也分为DA和DB两种。

3  双层原子台阶形成

下附文献1中作者计算得出双层台阶结构中DA的能量高于DB。这也与STM观察(下附文献2)的一致。

得出结论：增原子在Si(001)表面扩散是各向异性的：沿着二聚体排方向扩散比较快，而沿着垂直于二聚体排方向扩散比较慢。

在750K外延沉积0.5ML的Si原子之后，全部形成B型双层原子台阶。

• 【1】 Stabilities of single-layer and bilayer steps on Si (001) surfaces

4 单层原子台阶-》双层原子台阶------表面增原子的运动

首先，要想知道其表面增原子的扩散方式，必须清楚台阶边缘原子与下台面原子的成键方式。另外环境温度在高温情况（1100K以上）台阶表面增原子发生扩散、替换。最后形成双原子台阶。

• 【2】 Thermal Adatoms on Si(001)

12.31-1.2

接下来分析台阶表面增原子的移动方式。

首先，下述文献3介绍了Si表面二聚体链的能量分布，下图中标注黑色阴影部分的A、B、C、D、E、F1、F2为局部极小值。可以推测出灰色部分可以由对称性分析得出各个局部最小值，因此只需分析黑色部分的七个点即可。

文章中采用蒙特卡罗采样得到了被吸附原子和晶格原子的初始位置和速度，然后跟踪了它们的轨迹。得出的结论是基本上所有的轨迹都是从表I中定义的一个位点开始的，其持续时间长达8ps。因此，在Si外延生长使用的温度下，表面增原子的迁移通过位点之间的跳跃发生。

如图1b所示，图中箭头上方数字为跳变率，由于B点到A点的跳变率很低（其结合能很高），故原子在B点停留时间较长，且很容易沿着B- >E ->C（D）-> E*->B*。

若增原子落点在A处，则很容易进入B点或者D点位置并在B- >E ->C（D）-> E*->B*链中来回移动。

沉积的原子在第一个皮秒内主要落点在A、B、C、D处，几乎没有原子落在E、F点位置。在外延生长的温度范围内，吸附在B、C或D处的粒子会沿着连接二聚体中心的一条直线随机游走。

【3】Adsorption and diffusion sites of a Si atom on a reconstructedSi( 100) -( 2 X 1) surface

前面讲的是表面增原子在二聚体链上的运动方式，接下来分析其在台阶处的移动方式（取自下附文献4）。台阶处增原子的移动方式依然遵循上述原理。下图所示是红色增原子在A型台阶处，从下台面向上台面移动的一种形式。当沉积0.5ML后，A台阶被全部覆盖，形成双层B型台阶。

【4】Si原子在si(001)表面及其台阶附近扩散的分子动力学模拟

1.3  

这周联系了学长，针对RCA清洗方法、TEM、SEM、PL谱、原子力等一些实验进行了了解；又结合之前学长们的毕业论文将各个实验相关知识进行了学习和总结，已记录在笔记本上。