아다톰

아다톰은 결정 표면에 있는 원자로 표면 공허의 반대라고 생각할 수 있습니다.이 용어는 표면에 놓여 있는 단일 원자와 표면 거칠기를 설명할 때 표면 화학 및 에피택시에 사용됩니다.그 단어는 "흡착된 원자"의 합성어이다.단일 원자, 원자 클러스터 또는 분자 또는 분자 클러스터는 모두 일반 용어인 "아드 파티클"로 지칭될 수 있다.이것은 종종 열역학적으로 불리한 상태입니다.그러나 그래핀과 같은 사례는 ^[1]반례를 제공할 수 있다.

아다톰 성장

Adatom은 흡착된 원자의 줄임말이다.원자가 결정 표면에 도착하면 결정의 주기적인 전위에 의해 흡착되어 아다톰이 된다.흡착 사이트들의 표면에 이런 잠재적인 형태의 최소의 네트워크.에는 흡착 사이트의 종류가 있다.각각의 이러한 사이트들의 표면의 다른 구조에 해당합니다.에는 흡착 사이트의 흡착 자리, 자라고 있는은 표면 층 위에 있는 테라스,;그것은 성장한 계층에 다음 단 가장자리에서 성장한 계층의 뒤틀림을 지닌 높여 단계 가장자리의 흡착 사이트 하단 일반 안은 표면 층에 위의 5가지 종류 있는데,.가만있자[2]

이 흡착 자리 유형 중 뒤틀림 사이트 결정 성장에서 가장 중요한 역할을 한다.성장 반응 속도론의 Kink 밀도는 중요한 요소다.이후 부러진 채권의 수를 변경시키지 않는 원자의 꺽인 부분 사이트 또는 원자의 꺽인 부분에서 제거까지 부착, 크리스탈의 자유 표면 에너지가 변하지 않는다.이것은 원자의 뒤틀림 사이트의 화학적 잠재력 그것은 바로 이 크리스탈은 adatom가 되는 부분은 꺽인 부분 지역은 하나의 흡착 자리 형식을 의미하는 크리스털과 동등하게 준다.[2]

결정학을 이용하거나 성장온도가 높아 엔트로피 효과가 있을 경우 결정표면이 거칠어져 꼬임 수가 많아진다.이것은 아다툼이 구부러진 곳에 도착하여 결정의 일부가 될 가능성이 더 높다는 것을 의미합니다.이것이 ^[2]성장의 정상적인 메커니즘이다.

반대로 성장온도가 낮을수록 표면이 매끄럽기 때문에 테라스 흡착 부위의 수가 많아집니다.아직 구부러진 사이트는 있지만, 이것들은 계단 가장자리에서만 발견됩니다.결정체는 "계단의 측면 운동"^[2]을 통해서만 자란다.이러한 유형의 성장은 성장의 층 메커니즘이라고 불립니다.표면에서 애드텀이 어떻게 자라는지는 어떤 상호작용이 가장 강하거나 표면이 어떻게 생겼는지에 따라 달라집니다.^[2] 아다톰과 아다톰의 상호작용이 가장 강할 경우 아다톰은 표면에 아다톰의 피라미드를 만들 가능성이 높습니다.아다톰과 표면의 상호작용이 가장 강할 경우 아다톰은 표면에 층을 형성하도록 배치될 가능성이 높아집니다.하지만 그것은 또한 표면에 있는 단계의 기원에 달려있다.^[3] 총 5가지 다른 층 성장 유형이 있습니다: 정상 성장, 단계적 흐름 성장, 층별 성장, 다층(또는 3차원 섬) 성장 및 나선 성장.^[2]

계단 같은 표면에서 계단 흐름 성장이 관찰됩니다.이러한 지표면에는 "원자적으로 평평한 저지수 계단"^[2]으로 분리된 인접 단계가 있는 지오메트리가 있습니다.계단 가장자리에 아다툼이 부착되면 표면을 따라 움직이며 결정의 일부가 되기 위해 부착할 구부러진 부위가 발견됩니다.단, 꺽임 밀도가 높지 않아 모든 아다툼이 어느 한쪽 꼬임에 도달하지 않을 경우 계단 위에 작은 2차원 섬이 있는 평탄한 평면이 형성되어 계단류에서 층별 ^[2]성장으로의 혼합성장 모드가 된다.

층별 성장에서는 Adatom-surface 상호 작용이 가장 ^[3]강합니다.표면에 생성된 2D 섬을 통해 새 레이어가 생성됩니다.그 섬들은 표면 전체에 퍼질 때까지 자라며, 다음 층은 자라기 시작할 것이다.이 성장을 Frank-Van der Merwe([2]FM) 성장이라고 부릅니다.

어떤 경우에는 층별 성장에서 새로운 층을 만드는 주기가 운동학적 제약에 의해 깨진다.이러한 경우, 하위 계층이 완성되기 전에 상위 계층의 성장이 시작됩니다. 즉, 3차원 섬이 만들어집니다.층별 성장 대신 다층 성장이라고 불리는 새로운 유형의 성장이 시작됩니다.다층 성장은 Volmer-Weber 성장과 Stranski-Krastanov ^[2]성장으로 나눌 수 있습니다.

결정 표면에 나사 전위가 포함되어 있으면 나선 성장이라고 하는 다른 유형의 성장이 발생할 수 있습니다.스크류 탈구 주위에는 성장 중에 나선형이 보입니다.나사 전위는 성장 소용돌이를 일으키지 않기 때문에 결정 ^[2]성장을 일으키기 위해 섬이 필요하지 않을 수 있습니다.

부가막은 에피택시를 통해 표면에 결합되어 있다.이 과정에서 새로운 원자의 부착을 통해 결정의 새로운 층이 만들어진다.이는 화학반응을 통해서나 새로운 필름을 가열하거나 원심분리함으로써 발생할 수 있습니다.일반적으로 새로운 층을 형성하기 위해 사용되는 입자가 항상 흡착되는 것은 아닙니다.표면과의 결합을 형성하기 위해서는 에너지가 필요하며 모든 입자가 표면의 그 부분에 부착하는 데 필요한 양의 에너지가 있는 것은 아닙니다(부분마다 다른 에너지가 필요합니다).유입되는 입자의 플럭스 F가 있으면 그 일부가 흡착^[2] 플럭스에 의해 주어집니다.

${\displaystyle J_{ads}=sF}$

여기서 s는 고정계수입니다.이 변수는 표면과 들어오는 원자의 에너지뿐만 아니라 입자와 표면의 화학적 성질에 따라 달라집니다.입자와 표면이 모두 다른 입자와 반응하기 쉬운 물질로 만들어지면 원자가 표면에 ^[2]붙기 쉽다.

표면 열역학

필름 표면의 열역학을 보면 결합이 끊어져 에너지가 방출되고 결합이 형성되어 에너지가 갇히는 것을 볼 수 있다.관련된 열역학은 두 독일인 W에 의해 모델링되었다.코셀과 엔.1920년 스트란스키.이 모델은 TLK(Teras ^[4][5]ledge kink model)라고 불립니다.

아다톰은 결정의 구조에 따라 결정과 둘 이상의 결합을 형성할 수 있습니다.단순한 입방체 격자의 경우, 아다톰은 최대 6개의 결합을 가질 수 있지만, 면 중심의 입방체 격자의 경우 최대 12개의 가장 가까운 인접을 가질 수 있습니다.더 많은 결합이 생성될수록, 더 많은 에너지가 제한되고, 아다톰을 ^[6]흡수하는 것이 더 어려워집니다.

아다톰을 위한 특별한 장소는 "반결정 위치"^[7]라고도 불리는 표면과 정확히 절반의 결합을 만들 수 있는 구부러진 곳이에요.

자기 보조 장치

아다툼은 결정의 다른 원자보다 적은 결합을 가지고 있기 때문에 결합되지 않은 전자를 가지고 있다.이 전자들은 스핀을 가지고 있고 따라서 자기 모멘트를 가지고 있다.이 자기 모멘트는 자기장과 같은 외부 영향이 존재할 때까지 방향을 선호하지 않습니다.표면의 아다툼 구조는 외부 자기장을 변경하여 조정할 수 있습니다.이 방법을 통해 원자 사슬과 같은 이론적 상황을 시뮬레이션할 수 있다.아다툼을 사용할 때는 규모가 ^[8]작기 때문에 양자역학을 고려할 필요가 있다.

원자에 의해 만들어진 자기장은 대부분 전자의 궤도와 스핀에 의해 발생한다.양성자와 중성자의 자기 모멘트는 질량이 크기 때문에 전자와 비교했을 때 무시할 수 있다.자유전자를 가진 원자가 내부와 외부 자기장에 있을 때 에너지를 낮추기 때문에 자기모멘트가 외부 자기장과 정렬된다.이것이 결합 전자가 이 자기 모멘트를 나타내지 않는 이유입니다. 이미 유리한 에너지 상태를 가지고 있고 변화하기 어렵습니다.(자기적으로 정렬된) 원자의 자화는 다음과 같이 나타납니다.

${{displaystyle M=mu {Ng_{j}^2}\mu _{B}^2}B}{3k_{b}T}j(j+1)}$

여기서 N은 전자수, g는_j g-인자_B, μ는 Bohr 마그네톤, k는_b 볼츠만 상수, T는 온도, j는 총 각운동량 양자수입니다.이 공식은 전자의 자기 에너지가 E ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle m_{}}$ j ${\displaystyle {}_{}{}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}{}_{}}$ $(\displaystyle$ E$=m_{j}g_{j}\mu$ _${B}B$$})$에 의해 주어진다는 가정 하에 유지되며 교환 상호작용은 없다.

표면을 가로지르는 Adatom 이동

지표면을 가로지르는 애드텀의 움직임은 버튼, 카브레라 및 프랭크(CBF) 모델로 설명할 수 있습니다.이 모형은 아다툼을 표면 위에 있는 2D 기체로 취급합니다.아다툼은 확산 상수 D로 확산되며, 원자당 1/$µ$ d$$ / \ $tau$ _ { $des$}의 비율로 위의 배지로 탈착되고 플럭스 ^[2]F로 흡착됩니다.

확산 상수는 입자의 농도가 작을 때 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

$({displaystyle D=paramfrac {1}{4}}a^{2}\nu _{0}exp{\frac {E_{D}}{k_{b}T}})$

여기서 a는 원자의 호핑 거리입니다.E는_D 확산 장벽을 통과하는 데 필요한 에너지입니다.θ는 ^[2]시행 빈도입니다₀.

CBF 모델은 다음 연속성 방정식을 따릅니다.

$(\displaystyle {\frac n}{\frac t}=D\nabla ^{2}n+F-{\frac {n}{\frac _{des}})$

정상상태(${\displaystyle d}$n / ${\displaystyle d}$ t ${\displaystyle =}$ { $displaystyle$dn / $dt$=$0$ )와 다음의 경계조건을 조합하면 각 흡착부위의 보조물질의 속도를 나타낼 수 있다.^[2]

$\displaystyle \nu _{i}=\tilde _{inc}[n_{1}(x_{i})-{\tilde {n}}+\tilde _{inc}[n_u}(x_i})-{\tilde {n}}}}$

경계 조건:

${\displaystyle D{\frac {mathrm {d} n_{1} {\mathrm {d} x}} {{x={i}}=\inc} [n_{1}-{\tilde {n}}+\time {p}[n_{1}(x_{1})-{u}_{u}} {x}}}}}}$

그리고:

${\displaystyle -D{\frac {mathrm {d} n_{u}} {\mathrm {d} x} {{x_{i}}=\inc} [n_{u}(x_i})] - {p} +\tilde {n} - {x} - {n} - {x} - {u} - {x} - {u}$

적용들

2012년 뉴사우스웨일스 대학의 과학자들은 포스핀을 사용하여 단일 실리콘 원자를 에피택셜 실리콘 표면에 정밀하고 결정적으로 분출할 수 있었다.이 결과 애드톰은 단일 원자 트랜지스터라고 불리는 것을 만들었습니다.따라서, 화학 경험 공식은 특정 분자에 부착된 분기 이온의 위치를 정확히 집어내기 때문에, 실리콘 기반의 트랜지스터와 다른 전자 구성 요소의 도판트는 명명된 장치에 기초한 장치의 관련 특징과 함께 각 도판트 원자 또는 분자의 위치를 가질 것입니다.로케이션.따라서 도판트 물질의 매핑은 모든 것을 ^[9]알게 되면 주어진 반도체 소자의 정확한 특성을 제공할 것입니다.

오늘날 이용 가능한 기술로 에피택셜 필름 위에 선형 아다툼 체인을 만들 수 있습니다.이를 통해 이론적 상황을 분석할 수 있다.

또한, Usami 등은 SiGe 벌크 결정에 Si 원자를 추가함으로써 양자 우물을 만들 수 있었다.이 우물들 안에서 그들은 이 ^[2]우물들에 갇힌 들뜸의 광발광을 관찰했다.

레퍼런스