Abstract
半導體的蓬勃發展，帶動了表面物理在半導體表面及其介面性質的研究。Si(001)表面為多數元件生長的基底，因此對於純淨Si(001)2□表面以及薄膜與Si(001)介面的瞭解是一門重要的課題。本篇論文利用同步輻射光源及高解析光電子能譜研究純淨Si(001)2□以及Ba、C60、KxC60薄膜之介面。對於純淨Si(001)2x1表面，不對稱dimer中，向上、向下傾斜的表面原子和對稱dimer的表面原子以及第二層原子的2p內層軌域的能階，分別距離凝態2p內層軌域能階-500、291、-230以及165 meV。此外，在激發過程中，引發dimer相關的電子能態間轉移而失去部份能量的電子，則出現在距離凝態 2p內層軌域能階1.3和1.75 eV處 利用光電子能譜研究C60/Si(001)2x1表面，首次發表在這篇論文中。從價電子Si2p以及C 1s能譜的結果顯示，表面Si原子轉移部份電子至C60的LUMO軌域，期間軌域的混成僅限於表面Si原子，並未影響到第二層原子層。而在Ba/Si(001)2x1表面研究中，藉由AES能譜可觀察Ba為層層的生長在Si(001)2x1的表面。最大的功函數減少值為2.3 eV。從Si 2p能譜中，顯示Ba轉移電子給Si。由於Ba和Si之間的作用力頗強，造成表面不對稱的dimer，全部轉為對稱的dimer。而有些表面的鍵結被Ba打斷，造成部份表面Si原子擴散到Ba薄膜中，形成Ba silicides。 對於單層厚度之KxC60與 Si(001)2x1介面，當K蒸鍍在C60-Si表面，即造成整個價電子能譜往更高的束縛能偏移，以及功函數的迅速降低。LUMO軌域填入了K轉移的價電子，起初位於EF以下0.6 eV處；再繼續蒸鍍K原子，造成整個能譜再往更高的束縛能偏移。但HOMO和LUMO能階始終相距1.5 □0.1 eV。當功函數減少到達飽和值時，再繼續蒸鍍的K原子轉移的價電子填入t1g軌域，造成整個能譜再一次往更高的束縛能偏移。而在整個蒸鍍過程並未發現任何多體效應。而且，在費米能階處並未發現任何電子，顯示此薄膜為半導體。 當K蒸鍍在厚度為mm的C60中，需達到一個截止濃度K才會轉移其價電子至C60的LUMO軌域且呈現在費米能階處。費米能階處的電子能譜即為K3C60結構的能譜特徵。此時，整個系統包括大部份的C60以及少許的K3C60結構。當K濃度增加時，系統為K3C60和K6C60結構共存。K6C60結構的能譜特徵位於EF以下0.5及2.0 eV的能階。再繼續蒸鍍K原子，整個系統漸漸轉換成K6C60的結構。當整個系統完全轉換成K6C60的結構之後，再蒸鍍的K原子轉移價電子填入t1g軌域，出現在EF以下0.4 eV處，為一表面層的能態。