알칼리금속이 흡착된 Si(111)7×7 계의 초기 산화 과정 연구

황찬국(Chan-Cuk Hwang),안기석(Ki-Seok An),김정선(Jeong-Seon Kim),박래준(Rae-Jun Park),이득진(Deuk-Jin Lee),장현덕(Hyun-Duck Jang),박종윤(Chong-Yun Park),이순보(Soon-Bo Lee) 한국진공학회(ASCT) 1997 Applied Science and Convergence Technology Vol.6 No.2

X-선 광전자 분광법(x-ray photoelectron spectroscopy: XPS)과 반사 고에너지 전자 회절법(reflection high energy electron diffraction: RHEED)을 이용하여 상온과 고온(약 300~500℃)에서 알칼리금속(AM)/Si(111)7×7 표면의 초기 산화 과정에 대하여 연구하였다. 상온에서, Si(111)7×7 표면에 1 monolayer(ML)의 AM을 흡착시키면 Si(111)7×7 표면에 비해 산소의 초기 부착 계수 (initial sticking coefficient)와 산소의 포화량이 증가하는 반면 0.5ML 이하의 AM이 흡착된 경우는 깨끗한 Si(111)7×7 표면에 비하여 초기 부착 계수는 증가하지만 산소의 포화량은 증가하지 않았다. Si(111)7×7-AM 표면에 산소의 주입량을 증가시키면서 측정한 O Is 스펙트럼으로부터 AM이 흡착된 Si(111)7×7 표면에 흡착되는 산소원자는 Si-O, AM-O 두 종류의 결합형태를 가지는 것으로 생각되며 이중에서 AM-O 결합의 산화과정상에서의 역할에 대하여 논의하였다. 상온과는 달리 고온에서는, Si(111)3×1-AM 표면으로 구조가 변화하면서 산소의 흡착이 급격히 떨어지는 것을 관측할 수 있었다. 이때 3×1-AM 표면을 형성시키는 AM 종류의 산화에 대한 의존성을 살펴보았다. We have studied initial oxidation of the alkali metal(AM)/Si(111) surface using X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and reflection high energy electron diffraction(RHEED) at room temperature(RT) and high temperature(HT)(300~500℃). The oxidation of the Si(111)7×7 surface was promoted by the adsorption of 1 monolayer(ML) AM, whereas no promotion occurred for submonolayer(< 0.5 ML) adsorbed Si(111)7×7 surface at RT. 0 Is core level spectra were measured with increasing oxygen exposure. It was found that the oxygen adsorbed on the Si(111)7×7-AM surface have two different bond configurations, Si-O and AM-O, respectively. From these results, we discussed the role of AM-O bonding in the promoted oxidation. At HT(300~500℃), the AM-adsorbed surface became very inactive with the structural transformation to the 3×1-AM. We present the results of the oxidation of the Si(111)3×1-AM(Na, K, Cs) surface.

Characterization of functionalized silicon surfaces and graphenes using synchrotron radiation PES

Chan-Cuk Hwang(황찬국) 한국진공학회 2010 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.38 No.-

다양한 흡착자에 의한 Si(113)3×2 표면의 상변화 연구

김학수(Hak-Su Kim),황찬국(Chan-Cuk Hwang),김용기(Yong-Ki Kim),김정선(Jeong-Seon Kim),박종윤(Chong-Yun Park),김기정(Ki-Jeong Kim),강태희(Tae-Hee Kang),김봉수(Boong-Soo Kim) 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.3(2)

전자회절법을 이용하여 K 및 다양한 흡착자에 의한 Si(113)3×2 표면의 상변화를 관찰하였으며 광전자분광법을 이용하여 산소 노출량에 따른 가전자대 빛 내각준위스펙트럼을 관찰하였다. 산소 흡착에 의해 가전자대의 표면상태가 내각준위에서 관찰되는 두 피크(S1, S2)와 동시에 사라지면서 3×1 주기성을 보였다. 특히 이러한 변화가 동종물질인 실리콘 증착에서도 관찰되었으며 후열처리에 의해 3×2 주기성으로 환원되는 것으로 미루어 Si(113)3×2 표면의 3×1으로의 초기 상전이가 실리콘표면의 흡착자에 의해서 형성된 것이 아니며 기판 자체의 재배열과 관련되어 있음을 확인하였다. The phase transition on the surface which several adsorbates(K, Mg, etc.) are deposited was observed by Low Energy Electron Diffraction (LEED) and Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED). We took the photoelectron spectra from the valence and core level at several oxygen exposure. For oxygen adsorption, the surface state in valence spectra diminished concurrently with S1, S2 peaks in core level spectra and surface periodicity turned to 3×1. Especially even on the Si-deposited surface the same result was observed. The surface is recovered to 3×2 by post-annealing. These results suggest that the phase transition from 3×2 to 3×1 on the Si(113) at initial stage is induced by a rearrangement of atoms on the substrate, not by the formation of overlayer.

Cu가 흡착된 Si(100) - 2×1 표면의 원자구조 및 전자구조 연구

박래준(Rae-Jun Park),김정선(Jeong-Seon Kim),황찬국(Chan-Cuk Hwang),안기석(Ki-Seok An),박종윤(Chong-Yun Park) 한국진공학회(ASCT) 1998 Applied Science and Convergence Technology Vol.7 No.4

Cu가 흡착된 Si(100) 2×1 표면의 원자구조와 전자구조를 연구하기 위해 기판온도와 증착량을 변화시키면서 각 조건에 대해서 LEED 패턴과 수직방향(θ_e=0°) UPS 스펙트럼을 분석했다. UPS 스펙트럼들에는 상온증착했을 때 1.3 ML 이하 증착량에서 실리사이드와 관련된 전자구조가 약하게 나타났고, 증착량을 증가시킴에 따라 Cu 3d 밴드의 세기가 급격히 증가하였다. 실리사이드 형성을 나다내는 전자구조는 상온증착 후 300℃ 이상 열처리 하거나 기판온도 400℃에서 증착했을 때 더욱 뚜렷이 구분되어 관찰 되였다. 이 전자구조들은 실리사이드의 유리 및 탈착온도인 750℃로 열처리 했을 때 사라졌다. 특히, 기판온도 400℃에서 증착하면 낮은 증착량에서는 페르미 준위를 지나는 표면상태 피크가 관측되었다. Rigid band model에 따르면 이 피크는 표면의 비어있는 전자상태(surface empty state)에 Cu의 4s¹ 전자가 체워지면서 생기는 것으로 여겨진다. LEED 패턴 관찰에서는 상온증착 및 상온증착 후 열처리 했을 때 Cu에 의한 초격자상은 관찰되지 않았지만, 기판의 온도를 변화시키면서 증착하였을 때 기판온도에 따라 Cu에 의한 여러가지 초격자상이 관찰되었다. 즉, 400℃에서 1.5 ML 증착하면 청정표면 2×1+2×2, 450℃에서 0.5 ML 증착하면 청정표면 2×1+5×1, 450℃에서 3 ML 증착하면 청정표면 2×1+2×2+5×2+5×5+10×2 등 LEED 패턴을 관찰할 수 있었다. We have investigated the atomic and electronic structures of Cu-adsorbed Si(100)-2×1 surface, by using LEED and UPS. In the UPS spectra, the weak structures (peaks) related to Cu silicide appeared for low coverages less than 1.3 ML at room temperature, and the intensity of Cu 3d band rapidly increased with respect to Cu coverages. The Cu silicide peaks become clear after Cu deposition at room temperature followed by high temperature annealing (≥300℃) or for Cu deposited surface at the substrate temperature of 400℃. On the other hand, these structures disappeared by annealing at 750℃. At very low coverage, a surface state near Fermi level (E_F) was observed at 400℃. According to the rigid band model, it seems to be originated from the surface empty state occupied partially with Cu 4s¹ electron. In the LEED patterns, no Cu-induced superstructure observed for RT-depositions and post annealing, while there were several surface structures which depend on substrate temperatures and coverages. we observed the clean surface 2×1+2×2 phase for 1.5 ML at 400℃, the clean surface 2×1+5×1 phase for 0.5 ML at 450℃ and the clean surface 2×1+2×2+5×2+5×5+10×2 mixed phases for 3 ML at 450℃.

Cs이 흡착된 Si(111)7×7 표면의 초기 산화과정 연구

황찬국,안기석,이득진,장현덕,박종윤 성균관대학교 기초과학연구소 1995 論文集 Vol.46 No.1

X-ray photoelectron spectroscopy를 이용하여 상온에서 Cs이 1ML 흡착된 Si(111)7 × 7 표면의 초기 산화과정에 대하여 연구하였다. 산소의 주입량과 Cs의 흡착량의 변화에 따른 0 1s, Cs 3d_(5/2), 그리고 Si 2p 스펙트럼의 변화를 관측하였다. 이러한 측정결과, 표면에 흡착되는 산소량은 Cs의 임계피복량(약 0.5ML)이상에서 급격한 증가를 보임을 알 수 있다. 따라서 Si(111) 7 × 7-Cs 표면의 산화과정은 non-local mechanism을 따르는 것으로 이해할 수 있다. 또한 0 1s 스펙트럼에 서로 다른 chemical environment를 가진 두 종류의 산소 성분이 존재하는 것을 알수 있다. 이러한 두 종류의 0 1s 성분중 높은 운동에너지 성분의 세기는 Cs 흡착량에 의존하며 낮은 운동에너지 성분은 Cs이 완전히 탈착된 후에도 남아있다. 그리고 산소 주입량이 증가함에 따라 Si 2p peak의 세기는 감소하는 반면 Cs 3d_(5/2) peak의 세기는 거의 일정하다. 이러한 결과로부터 Si(111) 7 × 7 표면에 주입되는 산소원자는 Si-0-Si, Si-0-Cs 두 종류의 결합형태를 가지는 것으로 예상된다. We have studied initial oxidation of Cs-adsorbed Si(111)7×7 surface using X-ray photoelectron spectroscopy at room temperature. It was measured that the changes of 0 1s, Cs 3d_(5/2) and Si 2p spectrum with increasing O_2 exposure and Cs deposition time, respectively. The 0 1s/Si 2p peak intensity ratio rapidly increased at 0.5ML Cs coverage, which means that the non-local mechanism is favored on the Cs-promoted oxidation. The 0 1s peak observed consists of two chemical-shifted components. The 0 1s peak intensity of high kinetic energy component depended on the Cs coverage while low kinetic energy component still remained after complete Cs desorption. The Cs 3d_(5/2) peak intensity was nearly constant, though the Si 2p peak intensity decreased with increasing O_2 exposure. These results suggest that oxygen atoms adsorbed on the Si(111)7×7 surface have two different bond configurations such as Si-O-Si, Si-O-Cs.

Na/Si(111)계의 초기 산화과정에 대한 XPS 연구

이득진,안기석,황찬국,장현덕,박종윤 성균관대학교 기초과학연구소 1995 論文集 Vol.46 No.1

X-선광 전자분광법을 이용하여 Na의 흡착에 의해 형성되는 Si(111)7×7-Na과 Si(111)3×1-Na 표면의 초기 산화과정에 대하여 연구하였다. Si(111)7×7-Na 표면은 깨끗한 Si(111)7×7 표면에 비하여 산화가 더욱 잘 일어나지만, Si(111)3×1-Na의 경우 산소와 거의 반응하지 않음을 알 수 있다. 또한 Si(111)7×7 표면과는 달리, Si(111)7×7-Na 표면에 1 ML의 Na를 흡착시키고 산소를 100L 노출한 경우 0 ls 내각 스펙트럼에 두 종류의 산소성분이 존재를 함을 알 수 있다. 산소의 노출량이 증가함에 따라 낮은 운동에너지 성분의 세기는 계속 증가를 하지만, 높은 운동에너지 쪽의 성분은 초기에 포화되었다. 이러한 0 ls 내각 스펙트럼의 변화와 Na KLL Auger peak intensity 증가로부터 Si(111) 7×7-Na 표면에 흡착되는 산소는 Si-0-Si, 그리고 Si-0-Na 두가지의 결합형태로 존재함을 예상 할 수 있다. 또한, Si(111)7×7-Na 표면에 주입되는 산소 노출량이 증가함에 따른 Na KLL Auger peak intensity가 증가하는 현상에 대하여 논의하였다. The initial oxidation of Si(111)7×7-Na and Si(111)3×1-Na surfaces have been studied by means of X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). The Si oxidation rate of Si(111)7×7-Na surface was much enhanced more than that of the clean Si(111)7×7, but the Si(111)3×1-Na surface hardly reacted with oxygen. It shows that 0 1s peak of the Si(111)7×7-Na surfaces for 100L O_2 exposure consists of two components, coming from a different oxygen bonding configuration. From the change in intensity of two component of 0 ls and the increase of Na KLL peak intensity with increasing O_2 exposure, it is found that one component originates from Si-0-Si bonding at the lower kinectic energy and the other component comes from the Si-0-Na bonding at higher kinectic energy. Also, we have discussed a possible interpretation for the abnormally increase of Na KLL peak intensity.