Abstract
In order to test the capacity of Si(5 5 12) as a potential template for nanowire fabrication, Bi/Si(5 5 12) system has been studied by STM. With Bi deposition, Si(5 5 12) has been transformed to Si(3 3 7) terrace. Initially Bi atoms selectively replace Si-dimers and Si-adatoms with Bi-dimers and Bi-adatoms, respectively. With extended Bi adsorption, Bi-dimers adsorb on the pre-adsorbed Bi-dimers and Bi-atoms. These dimers in the second layer form Bi-dimer pairs having relatively stable $p^3$ bonding, Finally, the Bi-dimer adsorbs on the Bi-dimers in the second layer and saturates. It can be deduced that both surface transformation to (3 3 7) and site-selective Bi adsorption are possible due to substrate-strain relaxation through inserting Bi atoms into subsurface of Si substrate.
일차원의 대칭성을 갖는 형판 위에서 Bi원자가 자발적으로 형성하는 나노 구조체의 원자 구조를 이해하기 위하여, 재구조 된 Si(5 5 12)을 Bi의 탈착 온도에 가까운 온도로 가열한 채 Bi를 흡착시키고 주사 터널링 현미경으로 그 원자 구조를 각 흡착 단계별로 규명하였다. 제일 먼저 Bi는 이 기판에 존재하는 여러 종류의 $[\bar{1}\;1\;0]$에 평행한 row들 중에서 기판과 결합력이 가장 약한 dimer row와 adatom row 만을 선택적으로 Bi-dimer row와 Bi-adatom row로 각각 치환한다. 이 과정에서 치환된 Bi는 Si과의 크기 차이로 인해 인접한 (337) subsection에 tensile stress를 인가하게 되고, 그 결과 (337) subsection 내의 tetramer row는 갈라져 dimer row와 adatom row로 변형되고, 이들 역시 Bi-dimer row와 Bi-adatom row로 각각 치환된다. 다음으로 이들 치환된 Bi-dimer row와 Bi-adatom row 위에 각각 Bi-dimer가 흡착하면 서로 마주보며 안정된 Bi-dimer pair를 이루며, 이 pair 역시 row를 이루고 둘째 층을 형성한다. 마지막으로 셋째 층의 Bi는 둘째 층의 마주보는 Bi-dimer pair 위에 흡착한 한 개의 Bi-dime이며 더 이상의 Bi는 쌓이지 않는다. 이와 같이 자발적으로 조립되는 Bi-dimer row의 형성 원인을 종합하면, 재구조 된 Si(5 5 12) 위에서 Bi의 선택적 반응, Bi와 Si의 크기 차이로 인한 표면 stress의 유발, Bi 원자 간의 안정된 결합형태 등을 들 수 있다.