Construction of Besocke-Beetle Type STM
The Scanning Tunneling Microscope (STM) is one of the most powerful instruments which can image two dimensional surfaces in real space at the atomic scale. We constructed a Besocke-Beetle type STM. The detailed procedure and principles of the construction are discussed in this chapter. Additionally, the STM im-ages of Ge(100) and Si(100) surfaces obtained using the STM are shown.
Keywords: Besocke-Beetle type STM, construction
STM Tip Catalyzed Adsorption of Thiol Molecules at the Nanometer Scale
The tungsten oxide covered tungsten (W) tip of a scanning tunneling microscopy (STM) was found to act as a catalyst to catalyze the S??H dissociative adsorption of phenylthiol and 1-octanethiol molecules onto a Ge(100) surface. By varying the distance between the tip and the surface, the area of the tip-catalyzed adsorption could be controlled. We have found that the thiol head-group is the critical functional group for this catalysis and the catalytic material is the tungsten oxide layer of the tip. This local tip-catalyzed adsorption may be used in positive lithographic methods to produce nanoscale patterning on semiconductor substrates.
Keywords: STM, tungsten oxide, catalysis, S??H dissociative adsorption
Functional Group-Selective Adsorption of a Bi-Functional Molecule Using STM
In this study, we have selectively enhanced two kinds of adsorptions of 3-mercapto isobutyric acid on a Ge(100) surface using the electronic property of an STM and the catalytic property of an STM tip, respec-tively. 3-Mercapto isobutyric acid has two functional groups, a carboxylic acid group at one end of the mole-cule and a thiol group at the other end. It was found that the adsorption through the carboxylic acid group was selectively enhanced by applying electrons tunneling between a scanning tunneling microscopy (STM) tip and the surface. Using this enhancement, it was possible to make thiol group-terminated surfaces in any desired location. In addition, as using the tungsten (W) STM tip coated by a tungsten oxide (WO3) layer, we have selectively catalyzed the adsorption through the thiol group. Using this catalysis, it was possible to gen-erate carboxylic acid group-terminated surfaces at any desired location. This functional group-selective ad-sorption of bi-functional molecules using an STM could be applied in positive lithographic methods to produce semiconductor substrates terminated by desired functional groups.
Keywords: STM, bi-functional molecule, selective adsorption, tunneling electron, tungsten oxide, catalysis
Control of Molecular Motion of Vinylferrocene on Ge(100) by Tunneling Electron
We have studied the flipping motion of vinylferrocene adsorbed on a Ge(100) surface. From the dou-ble-logarithmic plot between the flipping frequency and the tunneling current, it was found that the electron-induced flipping motion is a single electron process. Using this process, we could control the frequency of the flipping motion as much as we can. In addition, by exploiting the linear plot between the flipping frequency and the tunneling current, we found that the motion is also induced by a thermal process at room temperature. This STM-controlled molecular flipping motion can be utilized to develop molecular switches on semiconductor surfaces.
Keywords: vinylferrocene, single electron process, molecular switch
Besocke-Beetle 타입 주사 터널링 현미경의 제작
주사 터널링 현미경은 2차원 표면을 원자 수준에서 관찰하고 제어할 수 있는 가장 효과적인 기기 중 하나이다. 하지만 상업적으로 판매되고 있는 주사 터널링 현미경은 그 가격이 비싸고, 기능이 한정되어 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Besocke-Beetle 타입 주사 터널링 현미경을 직접 제작 하였다. 이 장에서는 상세한 제작 과정 및 제작 원리에 대해 기술하고, 제작된 주사 터널링 현미경을 이용해 관찰한 Ge(100), Si(100) 표면의 이미지도 수록하였다.
핵심어: Besocke-Beetle 타입 주사 터널링 현미경, 제작
주사 터널링 현미경 탐침의 촉매 작용을 이용한 나노미터 수준에서의 싸이올 분자들의 표면 흡착 제어
산화 텅스텐으로 둘러싸인 텅스텐 주사 터널링 현미경 탐침이 페닐싸이올과 1-옥탄싸이올 분자들의 황-수소 결합 끊어짐을 통한 Ge(100) 표면에서의 흡착에 대해 촉매 작용을 하는 것을 발견 하였다. 또한 탐침과 표면 사이의 거리를 조절함으로써 탐침의 촉매작용을 통한 표면 흡착 증가 정도를 조절할 수 있었다. 뿐만 아니라 이 촉매 작용에 있어 싸이올 작용기가 필수적인 반응 참가 작용기이며, 탐침의 산화 텅스텐 층이 촉매 작용을 일으키는 물질임을 밝혔다. 이러한 탐침의 촉매작용을 통한 흡착 제어 연구는 반도체 표면에서 나노미터 수준의 패터닝 (patterning)을 하는데 응용될 수 있다.
핵심어: 주사 터널링 현미경, 산화 텅스텐, 촉매 작용, 황-수소 결합 끊어짐을 통한 표면 흡착
주사 터널링 현미경을 이용한 이작용기 분자의 작용기 선택적 흡착 유도
이 연구에서는 주사 터널링 현미경의 전기적 성질과 주사 터널링 현미경 탐침의 촉매적 성질을 각각 이용하여 Ge(100) 표면에서 3-멀켑토 이소부틸릭산 분자가 선택할 수 있는 두 종류의 표면 흡착을 선택적으로 증가시킬 수 있었다. 우선 주사 터널링 현미경 탐침과 표면 사이에 터널링 전자를 조사함으로써 카르복실산 작용기를 통한 흡착을 선택적으로 증가시킬 수 있었고, 이를 이용해 원하는 지역에 싸이올 작용기로 뒤덮인 영역을 만들 수 있었다. 또한, 텅스텐 산화물로 덮인 주사 터널링 현미경 탐침을 사용함으로써, 싸이올 작용기를 통한 흡착을 선택적으로 증가시킬 수 있었으며, 이 촉매 작용을 이용하여 카르복실산 작용기로 뒤덮인 영역을 원하는 곳에 만들 수 있었다. 이러한 주사 터널링 현미경을 이용한 이작용기 분자의 작용기 선택적인 표면 흡착 제어 연구는 원하는 작용기로 뒤덮인 반도체 표면을 제작하는데 응용될 수 있다.
핵심어: 주사 터널링 현미경, 이작용기 분자, 선택적 흡착, 터널링 전자, 산화 텅스텐, 촉매 작용
터널링 전자를 이용한 Ge(100) 표면에 흡착되어 있는 바이닐페로센 분자의 움직임 제어
이 연구에서는 Ge(100) 표면에 흡착되어 있는 바이닐페로센 분자의 진동 움직임을 연구하였다. 바이닐페로센 분자의 진동 주파수와 조사된 터널링 전류 사이의 관계로부터 터널링 전자에 의한 분자 진동 주파수의 증가가 한 전자 과정임을 밝혔다. 이러한 현상을 이용하여 분자의 진동 주파수를 원하는 대로 제어할 수 있었다. 또한 진동 주파수와 조사된 터널링 전류 사이의 그래프의 y 절편으로부터, 상온에서 열적 과정에 의해서도 진동 움직임이 유도되는 것을 확인하였다. 이와 같은 주사 터널링 현미경을 이용한 분자 움직임 제어 연구는 반도체 표면에서의 분자 스위치나 분자 회로 제어에 응용될 수 있다.
핵심어: 바이닐페로센, 한 전자 과정, 분자 스위치
