Abstract
針尖誘發的表面結構修飾(Tip induced surface modification)是掃描式探針顯微儀(Scanning probe microscope)的一項重要的應用. 藉由針尖施加強大的電場,我們可以在樣本表面製作出奈米結構物(Nano-structure). 我們的實驗中所採用的樣本為天然的二硫化鉬(Molybdenum disulfide, MoS2) 它是一種層狀結構的半導體,每層的厚度為6.15A. 以膠帶剝出新鮮的裂面時,可以得到原子尺度的平坦表面.在一系列實驗中, 我們分別利用掃描式穿隧電子顯微儀(Scanning tunneling microscope, STM)和原子力顯微儀(Atomic force microscope, AFM)施加電壓脈衝到樣本上,改變脈衝的寬度和高度,量測結構製作的門檻電壓,並測試電壓極性對結構製作的影響. 同時將實驗的結果與文獻上的幾個重要的實驗及理論相比較,並對於結構製作的機制做了推測與分析.實驗結果顯示,只有在正的樣本電壓下才能做出結構物,同時結構的生成存在一個門檻電壓值, 其中STM約在2.9V到3.4V, AFM約在5.0V到5.2V. 脈衝寬度越寬､高度越高,所做出的結構物越大. STM做出的結構物多為小洞;AFM做出的多為中空的小丘. 在結構物不大時,中空的小丘在幾次AFM的掃描之後,凸出的部分會被刮掉,變成小洞. 有時凸出部分較厚實,丘狀物可以在後續的AFM掃描維持穩定的形態,形成所謂穩定的丘. 此外,不論AFM或STM所做出的洞都有以整數層深為深度的傾向.關於結構物生成的機制,我們認為: 在STM的情況下,其穿隧電阻大而距離遠,場蒸發(Field evaporation)為主要機制; 在AFM的情況下,電阻小而距離較近,除了場蒸發外,還容易伴隨發生接觸(Contact)和頸項效應(Necking)以及焦耳加熱效應(Joule heating). 也就是說AFM結構的生成是以場蒸發為主的多種機制協同運作的結果.