The growth of thin $MgF_2$ films on Si(111) was studied with in situ LEED and ex situ XRD. When $MgF_2$ was deposited onto the Si(111)-surface and annealed from room temperature, a series of LEED patterns (1×1→3×1→Si(111)-7×7) was observed. The 3×1 phase was formed upon annealing the film at 700~800℃ and was stable over a wide temperature range. At such high temperature, $MgF_2$ is likely to dissociate, with evaporation of fluorines and formation of a 3×1 structure. If the annealing temprature was slowly raised, complex LEED patterns were observed between 1×1 and 3×1 phase. These patterns are attributed to the partially disordered surface layer in the course of forming the 3×1 structure. One of them is a third-order splitting pattern. To identify this structure, we calculated diffraction patterns within kinematic approximation for a number of antiphase models and could obtain a similar pattern. The corresponding structure has a dominant 3×1 surface structure but a true surface exists with a large unit cell because of the regular antiphase arrangement. From XRD studies we found out that the deposited $MgF_2$ film was oriented in (110) direction.
실리콘 (111) 표면 위의 2족 플로라이드 화합물의 성장에 대한 연구는 지난 수년간 많은 관심을 끌어왔다. 특히 실리콘 표면 위에서 에피텍셜하게 성장할 수 있는 $CaF_2$는 그 산업적 응용의 중요성의 중요성으로 인하여 많은 연구가 이루어 졌다.
이번 실험에서 우리는 저 에너지 전자 회절과 X선 회절을 이용하여, 실리콘 (111) 표면 위의 같은 2족 플로라이드인 $MgF_2$ 박막의 구조에 관한 연구를 하였다. $MgF_2$가 실온의 실리콘(111) 표면위에 증착되면, 그 박막의 온도에 따라 여러 가지 회절 무늬 (1×1→3×1→Si(111)-7×7)를 나타내었다. 3×1구조는 박막을 700~80℃의 온도로 올렸을 때 관찰되었다. 이 구조는 이런 높은 온도에서 플로린 원자들이 날라간 후에 남겨진 마그네슘에 의해 유도되는 substrate의 재배열로 생각되어진다. 또한 온도를 천천히 올리면 다른 복잡한 회절 무늬를 보이는데, 그것은 표면이 3×1 영역 (domain)을 만들어 가는 과정에서 존재하는 부분적인 무질서에 기인하는 것으로 생각되어진다. 그 중에 하나는 third-order spots이 분리된 회절무늬이다. 이런 반점의 분리는 보통 규칙적인 antiphase domain의 배열에 의해서 생기는 것으로 알려져 있다. 우리는 여러 가지 antiphase domain 모델에 대해 회절 무늬를 계산하여 실험과 비슷한 회절 무늬를 얻을 수 있었다. 또한 X선 회절 실험을 통하여 우리는 이 박막이 실리콘 표면 위에서 (110) 방향으로 자라는 것을 확인할 수 있었다.
