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Interaction of atomic hydrogen and n-containing aromatic organic molecules with the Si(100) and Ge(100) surfaces = Si(100), Ge(100) 표면과 수소원자와 질소를 포함하는 방향족 유기분자의 상호작용에 관한 연구
서명 / 저자 Interaction of atomic hydrogen and n-containing aromatic organic molecules with the Si(100) and Ge(100) surfaces = Si(100), Ge(100) 표면과 수소원자와 질소를 포함하는 방향족 유기분자의 상호작용에 관한 연구 / Jae-Yeol Maeng.
저자명 Maeng, Jae-Yeol ; 맹재열
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2002].
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초록정보

$\subsubsection{Absorption of Gas-phase Atomic Hydrogen by Si(100): Effect of Surface Atomic Structures}$ The atomic-scale surface structural evolution of Si(100) exposed to gas-phase thermal hydrogen atoms, H(g), has been investigated by scanning tunneling microscopy (STM) and temperature-programmed desorption (TPD) mass spectrometry. For the substrate temperature (T$_s$) between 420 and 530 K, dihydride species in 3×1:H domains were selectively etched upon extensive exposures to H(g). As a result, etch pits grew laterally along Si surface dimer rows. The presence of these pits correlates with the absorption of H(g) into the bulk of Si(100), confirming our earlier suggestion that atomic-scale surface roughening caused by etching is a prerequisite for H(g) absorption. $\subsubsection{Interaction of Atomic Hydrogen with the Ge(100) surface}$ Adsorption of atomic hydrogens on Ge(100) surface has been investigated in detail using scanning tunneling microscopy (STM) at room temperature. At low coverage, hydrogen atoms singly occupy the dangling bonds of the dimer unit by forming unpaired dangling bonds which are imaged as bright features in STM images. The single H adsorption is found to induce the buckling of the dimer row. At saturation coverage ($Θ_H$ = 1 ML), hydrogen atoms saturate all dangling bonds of the dimers revealing the 2 × 1 monohydride phases. With increasing atomic hydrogen exposure ($Θ_H$ > 1 ML), H breaks the Ge-Ge dimer bond resulting in the formation of the Ge dihydride phases ($GeH_2$) with very local 3 ×1 domains consisting of the alternating monohydride and dihydride units. But, even after extensive exposure of hydrogen, the long range 3×1 or 1×1 phases with the dihydride species are not observed in contrast with the Si(100) case. Instead, incoming hydrogen atoms etch selectively the Ge dihydride species along the dimer rows with retaining the 2×1 monohydride phase. $\subsubsection{Adsorption Structures and Binding Site Conversion of Pyridine on Si(100)-2×1 Surface}$ The adsorption structures of pyridine ($C_5H_5N$) on Si(100)-2×1 surface have been investigated with scanning tunneling microscopy (STM). The STM images show two adsorption structures.One is an N-end-on configuration via Si-N covalent linkage without the loss of aromaticity. The other is a tight bridge configuration in which three carbon atoms and one nitrogen atom bond to two Si dimer units, leaving a double bond between the other two carbon atoms. Upon dosing of pyridine, the N-end-on configuration is dominant, but some of them are converted to the tight bridge state with the lapse of time. The N-end-on configuration induces buckling of adjacent dimers on the same dimer row because the unpaired dangling bond of dimer held Si-N linkage maintains buckled-up state. At saturation coverage, N-end-on configuration is aligned to every second dimers. $\subsubsection{Adsorption Structures of Pyrrole on Si(100)-2×1 Surface}$ The chemisorption of pyrrole ($C_4H_5N$) on the Si(100)-2×1 surface at room temperature has been investigated by scanning tunneling microscopy (STM). The STM images reveal that pyrrole molecule adsorbs on Si-Si dimer via Si-N covalent linkage through the dissociation of N-H bond. The Si-Si dimers bonded to pyrrole molecules are symmetric because the dissociated hydrogen atoms from N-H bond passivate the remained dangling bonds of dimers after Si-N linkage, immediately. The aromatic ring of pyrrole molecule in this adsorption configuration is preserved and imaged as bright protrusion in the STM images. At saturation coverage, adsorbed pyridine molecules form the ordered structures such as p(2×2) and 2×1.

$\subsubsection{Si(100) 에 의한 기체 상태 수소 원자의 흡수: 표면 원자 구조의 영향}$ 기체 상태의 수소 원자에 노출된 Si(100) 표면의 원자 스케일의 구조 변화를 주사 탐침 현미경 (STM) 과 온도 제어 탈착 스펙트럼 (TPD)으로 관찰하였다. 420~530 K 의 기판 온도 범위에서 3×1:H 영역의 SiH$_2$ 들이 선택적으로 에칭되었다. 그 결과 에칭 구덩이들이 표면의 dimer 열을 따라서 형성되었으며 이 구덩이들이 Si(100) 의 벌크로의 수소 흡수에 영향을 미치는 것으로 생각된다. $\subsubsection{Ge(100) 표면과 수소 원자의 상호작용}$ Ge(100) 표면과 수소 원자의 반응을 주사 탐침 현미경 (STM) 으로 관찰하였다. 낮은 흡착량에서는 수소 원자들이 dimer 의 한 Ge 원자와 결합하여 밝게 이미징되는 dangling bond 가 남게 되고 이 dangling bond 는 주위의 Ge dimer 들의 비틀림 (Buckling) 을 유발한다. 포화 흡착량에서는 수소 원자가 Ge dimer 의 모든 dangling bond 와 결합하고 2×1 구조를 형성한다. 수소의 노출량을 증가함에 따라 수소 원자는 Ge-Ge dimer bond 를 끊고 $GeH_2$ 를 형성하지만 넓은 영역의 3×1 이나 1×1 구조를 형성 하지는 않는다. 대신 기판의 구조는 2×1 구조를 유지한 채 $GeH_2$ 의 선택적 에칭이 발생한다. $\subsubsection{Si(100)-2×1 표면 위에서 Pyridine 분자의 흡착 구조와 구조 전환}$ Si(100)-2×1 표면 위에서 pyridine ($C_5H_5N$) 분자의 흡착 구조를 주사 탐침 현미경 (STM) 으로 관찰하였다. Pyridine 은 Si(100) 표면 위에서 두 흡착 구조를 보이는데, (1) 질소와 Si dimer 의 한 Si원자와 공유 결합을 하고 방향성 (Aromaticity) 을 유지하는 구조와 (2) 두 Si dimer 와 cycloaddition 반응을 통해 튼튼한 다리 구조를 보이는 것이 있다. 질소와 Si 의 결합을 통한 구조가 전체적으로 많으나 시간이 지남에 따라 약간의 튼튼한 다리 구조로 전환한다. 포화 흡착량에서는 두 dimer 걸러 pyridine 분자들이 흡착한다. $\subsubsection{Si(100)-2×1 표면 위에서 Pyrrole 분자의 흡착 구조}$ Si(100)-2×1 표면 위에서 pyrrole ($C_4H_5N$) 분자의 흡착 구조를 주사 탐침 현미경 (STM) 으로 관찰하였다. Pryyole 의 질소와 Si 원자가 결합하고 N-H 결합에서 해리된 수소 원자가 나머지 Si 원자와 결합하게 된다. 이 구조는 Si-Si dimer 를 평행하게 유지하게되고 pyrrole 의 방향성 (Aromaticity) 도 유지 된다. 포화 흡착량에서는 p(2×2) 와 2×1 의 잘 정렬된 구조가 형성되며, 매 Si dimer 마다 흡착한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 02018
형태사항 xi, [67] p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 맹재열
지도교수의 영문표기 : Se-Hun Kim
지도교수의 한글표기 : 김세훈
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Includes references
주제 Si(100)
Ge(100)
Hydrogen
N-containing Aromatic Organic Molecules
STM
실리콘(100)
저메니움(100)
수소원자
방향족 유기 분자
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