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Interactions of Organic Radicals and Transition Metals with the Surfaces of Group-IV Elements = 4족 원소 표면과 유기 라디칼 및 전이 금속의 상호작용에 관한 연구
서명 / 저자 Interactions of Organic Radicals and Transition Metals with the Surfaces of Group-IV Elements = 4족 원소 표면과 유기 라디칼 및 전이 금속의 상호작용에 관한 연구 / Jung-Hun Choi.
저자명 Choi, Jung-Hun ; 최정헌
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2010].
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Covalent Functionalization of Epitaxial Graphene by Azidotrimethylsilane Chemically modified epitaxial graphene (EG) by azidotrimethylsilane (ATS) was investigated using highresolution photoemission spectroscopy (HRPES). Through the spectral analysis, we clearly confirmed that EG is modified by thermally generated nitrene radicals and found that the bonding nature between the nitrene radicals and EG is covalent. As we observe bonding nature of N 1s peaks, we found that two distinct N peaks can be clearly distinguished in the spectra. Using a covalently bound stretched graphene (CSG) model, we elucidated that nitrene radicals adsorb on the graphene layer at two different adsorption sites. Moreover, we were able to control the band gap of EG using valence band spectra as we change the amount of the dosing of nitrene. Chemical Doping of Epitaxial Graphene by Organic Free Radicals Chemical doping of epitaxial graphene (EG) by organic free radicals (4-amino-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperridinyloxy; 4-amino-TEMPO) was investigated using scanning tunneling microscopy (STM), scanning tunneling spectroscopy (STS), and high resolution photoemission spectroscopy (HRPES). STM images revealed that the empty density of states near the adsorption site significantly decreased as a result of radical doping. STS indicated that 4-amino-TEMPO radicals acted as n-type dopants on both monolayer and bilayer graphene. The radicals adsorbed onto EG through the nitroxide groups, leaving the amine group unreacted, which was confirmed by the binding energies of N 1s and O 1s core-level spectra. Furthermore, the measured work function changes verified that increased adsorption of the radicals on EG showed n-type doping characteristics. Adsorption Structures of Co on Si(100) The adsorption of Co on Si(100) at room temperature was studied using scanning tunneling microscope (STM). The Co atoms penetrate into the subsurface interstitial site beneath the Si dimer. The incorporation of Co atom leads to the ejection of Si atoms with the formation of dimer vacancies. Geometric and Electronic Structures of Co on Ge(100) The geometric and electronic structure of Co on Ge(100) were investigated by scanning tunneling microscopy (STM). The Co atoms are located at subsurface interstitial sites beneath the Ge dimer. Bias-dependent STM images show significant changes in the electronic structure around the Co atoms. In the high bias filled and empty state regimes, a bright single protrusion appears on top of the Ge dimer that the Co atom is located. However, two bright splitted protrusions appear with decreasing the bias voltages in the filled state regime. These observations are ascribed to the Ge lattice distortion due to the presence of subsurface Co atom. Direct Observation of Vacancy-Assisted Subsurface Diffusion of Co on Ge(100) The most fundamental reaction process of Co on Ge(100) are examined by scanning tunneling microscopy (STM). Co atoms preferentially occupy subsurface interstitial sites of Ge(100) at room temperature. The incorporation of Co atom leads to the ejection of Ge atoms with the formation of dimer vacancies (DVs). We observe that the diffusion of the subsurface Co atom along the Ge dimer row is mediated by the migration of Ge atom (i.e. vacancy formation) to the metastable M site. Furthermore, the mechanism of the formation of DVs was elucidated based on the vacancy-assisted subsurface diffusion. Initial Nucleation and Growth of Cobalt Germanide Islands on Ge(100) Evolution of the cobalt germanide clusters were monitored by scanning tunneling microscopy (STM) during the solid phase epitaxy (SPE) of Co on Ge(100) upto 600 K. At room temperature, Co atoms penetrate into the subsurface interstitial sites followed by the formation of dimer vacancies and Ge clusters. Above room temperature, Co atoms react with the substrate Ge atoms followed by the formation of V-shaped clusters on the terrace. Segregated V-shaped clusters stick to the trap sites such as at the ascending SB-step edge and on the pre-existing clusters. Frequent observations of the V-shaped clusters at these sites imply that the clusters are mobile at elevated temperature. One-dimensional (1D) coalescence of the V-shaped clusters leads to the formation of XX-shaped clusters, which are elongated perpendicular to the Ge dimer row. In addition, growth of the cobalt germanide islands was investigated with increasing the coverage of Co during the reactive deposition epitaxy (RDE) at 600 K. We observe that 1D clusters evolve into two-dimensional (2D) islands. The growth of three-dimensional (3D) islands starts on top of the 2D islands. Structural and Electronic Properties of Cobalt Germanide Islands on Ge(100) Structure and electronic properties of cobalt germanide islands were studied by scanning tunneling microscopy (STM). We found that the cobalt-rich surface (C-surface) and germanium-rich surface (G-surface) coexist. The structural models were suggested based on the bias-dependent STM images. Scanning tunneling spectroscopy (STS) spectra confirmed that both surfaces have metallic character.

Azidotrimethylsilane을 이용한 그래핀의 공유결합 작용기화 azidotrimethylsilane 분자를 통해 화학적으로 변화된 그래핀을 고분해능 광전자 분광법으로 조사하였다. 그래핀이 열적으로 생성된 nitrene 라디칼로 작용기화된 것을 확인하였고 변화된 그래핀의 열적 안정성을 확인하였다. N 1s core level 스펙트럼을 관찰하였을 때 두개의 피크를 관찰하였고, 그것들이 두개의 다른 흡착 자리에서 나온 것임을 밝혀내었다. 유기 자유 라디칼을 이용한 그래핀의 화학적 도핑 4-amino-TEMPO 유기 자유라디칼을 이용하여 그래핀을 도핑시킨 결과를 주사터널링 현미경, 주사터널링 분광법, 고분해능 광전자분광법을 통해 조사하였다. 라디칼 도핑된 주위의 빈 밀도상태가 감소하는 것을 확인하였고, 라디칼이 단층, 두층 그래핀에 모두 n-타입 도펀트의 역할을 하는 것을 밝혀내였다. 그리고 일함수의 측정을 통해 전체적인 표면의 도핑 효과를 확증하였다. Si(100) 표면 위에서 Co 의 흡착 구조 상온에서 주사터널링 현미경으로 Si(100) 표면위에서 Co 의 흡착을 연구하였다. Co 원자가 표면 Si dimer 아래 interstitial 자리를 차지 하는 것을 확인하였다. 그리고 이러한 침투가 실리콘 원자들의 분리를 일으키고 결국 dimer vacancy를 형성시킴을 관찰하였다. Ge(100) 표면 위에서 Co 의 흡착 구조 및 전자 구조 Ge(100) 표면에서 Co 원자의 흡착 및 전자 구조를 주사터널링 현미경으로 연구하였다. Co 원자가 표면 Ge dimer 아래 interstitial 자리를 차지 하는 것을 확인하였다. 주사터널링 현미경 이미지의 바이어스 의존성을 조사한결과 Co 원자 주위에서 상당한 변화를 확인하였다. 높은 바이어스 값에서, Ge 다이머위에 하나의 밝은 부분이 나타났다. 하지만 채워진 상태의 바이어스 값을 감소시킴에 따라 두개의 갈라진 밝은 부분이 관찰 되었다. 이러한 결과는 Co 원자의 침투로 Ge 격자의 뒤틀림 또는 전자이동에 기인한다. Ge(100) 표면 에서 표면 아래 Co 의 확산에 대한 직접적인 관찰 Co 원자와 Ge(100) 표면의 가장 기본적인 반응 과정을 주사터널링 현미경으로 조사하였다. Co 원자의 침투가 Ge 원자의 분리를 유도하고 dimer vacancy 를 형성함을 확인하였다. 표면아래에 있는 Co 원자의 확산이 Ge 원자의 M 자리로의 이동으로 촉진됨을 확인하였다. 이를 통해, dimer vacancy 의 형성 메커니즘을 이해할 수 있었다. Ge(100) 표면에서 cobalt germanide 의 초기 결정핵 형성 및 성장 cobalt germanide 클러스터의 초기 진화 과정을 600 K 까지 온도를 증가시키며 조사하였다. 온도를 증가시킴에 따라 V 모양의 클러스터의 형성과 분리를 관찰 하였다. 온도를 더욱 증가시켰을 때 XX 모양의 클러스터가 V 모양의 클러스터의 합체를 통해 형성되고, Ge dimer row 에 수직한 방향으로 일차원 체인을 형성하는 것을 확인하였다. 600 K 에서 Co 원자의 증착량을 증가시켰을 때 이차원과 삼차원 island로의 진화를 관찰하였다. Ge(100) 표면에서 cobalt germanide island의 구조 및 전기적 특성 cobalt germanide island의 구조적 전기적 특성을 주사터널링현미경으로 조사하였다. Co-rich 표면과 Ge-rich 표면이 공존하는 것을 확인하였다. 주사터널링 현미경 이미지의 바이어스 의존성을 통해 두 표면의 구조를 제안하였고, 두 표면 모두 금속 성질을 가짐을 증명하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 10031
형태사항 xi, 96 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 최정헌
지도교수의 영문표기 : Se-Hun Kim
지도교수의 한글표기 : 김세훈
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Includes references.
주제 라디칼
전이금속
4족원소
주사터널링현미경
Radical
Transition Metals
Group-IV elements
Scanning Tunneling Microscopy
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