The surface structure and vibrational dynamics of CH3Si(111) and CD3Si(111) surfaces were measured using helium atom scattering. The elastic diffraction patterns exhibited a lattice constant of 3.82 Å, in accordance with the spacing of the silicon underlayer. The excellent quality of the observed diffraction patterns, along with minimal diffuse background, indicated a high degree of long-range ordering and a low defect density for this interface. The vibrational dynamics were investigated by measurement of the Debye–Waller attenuation of the elastic diffraction peaks as the surface temperature was increased. The angular dependence of the specular (θi=θf) decay revealed perpendicular mean-square displacements of 1.0×105Å2K1 for the CH3Si(111) surface and 1.2×105Å2K1 for the CD3Si(111) surface, and a He-surface attractive well depth of 7meV. The effective surface Debye temperatures were calculated to be 983 K for the CH3Si(111) surface and 824 K for the CD3Si(111) surface. These relatively large Debye temperatures suggest that collisional energy accommodation at the surface occurs primarily through the Si–C local molecular modes. The parallel mean-square displacements were 7.1×104 and 7.2×104Å2K1 for the CH3Si(111) and CD3Si(111) surfaces, respectively. The observed increase in thermal motion is consistent with the interaction between the helium atoms and SiCH3 bending modes. These experiments have thus yielded detailed information on the dynamical properties of these robust and technologically interesting semiconductor interfaces.

1.
J. D.
Swalen
,
D. L.
Allara
,
J. D.
Andrade
,
E. A.
Chandross
,
S.
Garoff
,
J.
Israelachvili
,
T. J.
McCarthy
,
R.
Murray
,
R. F.
Pease
,
J. F.
Rabolt
,
K. J.
Wynne
, and
H.
Yu
,
Langmuir
3
,
932
(
1987
).
2.
A.
Ulman
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
96
,
1533
(
1996
).
3.
A.
Bansal
,
X. L.
Li
,
S. I.
Yi
,
W. H.
Weinberg
, and
N. S.
Lewis
,
J. Phys. Chem. B
105
,
10266
(
2001
).
5.
D. H.
Wei
,
C. L.
Gao
,
K.
Zakeri
, and
M.
Przybylski
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
225504
(
2009
).
6.
L. H.
Dubois
and
R. G.
Nuzzo
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
43
,
437
(
1992
).
7.
N.
Camillone
,
C. E. D.
Chidsey
,
G. Y.
Liu
,
T. M.
Putvinski
, and
G.
Scoles
,
J. Chem. Phys.
94
,
8493
(
1991
).
8.
G. E.
Poirier
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
97
,
1117
(
1997
).
9.
F.
Schreiber
,
A.
Eberhardt
,
T. Y. B.
Leung
,
P.
Schwartz
,
S. M.
Wetterer
,
D. J.
Lavrich
,
L.
Berman
,
P.
Fenter
,
P.
Eisenberger
, and
G.
Scoles
,
Phys. Rev. B
57
,
12476
(
1998
).
10.
S. B.
Darling
,
A. M.
Rosenbaum
, and
S. J.
Sibener
,
Surf. Sci.
478
,
L313
(
2001
).
11.
B. S.
Day
and
J. R.
Morris
,
J. Phys. Chem. B
107
,
7120
(
2003
).
12.
N.
Isa
,
K. D.
Gibson
,
T.
Yan
,
W.
Hase
, and
S. J.
Sibener
,
J. Chem. Phys.
120
,
2417
(
2004
).
13.
A. W.
Rosenbaum
,
M. A.
Freedman
,
S. B.
Darling
,
I.
Popova
, and
S. J.
Sibener
,
J. Chem. Phys.
120
,
3880
(
2004
).
14.
J. A.
Carter
,
Z. H.
Wang
, and
D. D.
Dlott
,
Acc. Chem. Res.
42
,
1343
(
2009
).
15.
M.
Kind
and
C.
Woll
,
Prog. Surf. Sci.
84
,
230
(
2009
).
16.
A.
Kumar
,
N. L.
Abbott
,
E.
Kim
,
H. A.
Biebuyck
, and
G. M.
Whitesides
,
Acc. Chem. Res.
28
,
219
(
1995
).
17.
M.
Mrksich
,
Cell. Mol. Life Sci.
54
,
653
(
1998
).
18.
J. C.
Love
,
L. A.
Estroff
,
J. K.
Kriebel
,
R. G.
Nuzzo
, and
G. M.
Whitesides
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
105
,
1103
(
2005
).
19.
Z. A.
Gurard-Levin
and
M.
Mrksich
,
Annu. Rev. Anal. Chem.
1
,
767
(
2008
).
20.
M. R.
Linford
and
C. E. D.
Chidsey
,
J. Am. Chem. Soc.
115
,
12631
(
1993
).
21.
G. P.
Lopinski
,
D. D. M.
Wayner
, and
R. A.
Wolkow
,
Nature (London)
406
,
48
(
2000
).
22.
P. T.
Hurley
,
E. J.
Nemanick
,
B. S.
Brunschwig
, and
N. S.
Lewis
,
J. Am. Chem. Soc.
128
,
9990
(
2006
).
23.
M. Z.
Hossain
,
H. S.
Kato
, and
M.
Kawai
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
3328
(
2007
).
24.
P.
Dumas
,
Y. J.
Chabal
,
R.
Gunther
,
A. T.
Ibrahimi
, and
Y.
Petroff
,
Prog. Surf. Sci.
48
,
313
(
1995
).
25.
J. W. P.
Hsu
,
C. C.
Bahr
,
A. V.
Felde
,
S. W.
Downey
,
G. S.
Higashi
, and
M. J.
Cardillo
,
J. Appl. Phys.
71
,
4983
(
1992
).
26.
A.
Bansal
,
X. L.
Li
,
I.
Lauermann
,
N. S.
Lewis
,
S. I.
Yi
, and
W. H.
Weinberg
,
J. Am. Chem. Soc.
118
,
7225
(
1996
).
27.
W. J.
Royea
,
A.
Juang
, and
N. S.
Lewis
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
1988
(
2000
).
28.
S.
Maldonado
,
D.
Knapp
, and
N. S.
Lewis
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
3300
(
2008
).
29.
S.
Maldonado
and
N. S.
Lewis
,
J. Electrochem. Soc.
156
,
H123
(
2009
).
30.
H. B.
Yu
,
L. J.
Webb
,
R. S.
Ries
,
S. D.
Solares
,
W. A.
Goddard
,
J. R.
Heath
, and
N. S.
Lewis
,
J. Phys. Chem. B
109
,
671
(
2005
).
31.
L. J.
Webb
and
N. S.
Lewis
,
J. Phys. Chem. B
107
,
5404
(
2003
).
32.
B.
Jaeckel
,
R.
Hunger
,
L. J.
Webb
,
W.
Jaegermann
, and
N. S.
Lewis
,
J. Phys. Chem. C
111
,
18204
(
2007
).
33.
R.
Hunger
,
R.
Fritsche
,
B.
Jaeckel
,
W.
Jaegermann
,
L. J.
Webb
, and
N. S.
Lewis
,
Phys. Rev. B
72
,
045317
(
2005
).
34.
T.
Yamada
,
M.
Kawai
,
A.
Wawro
,
S.
Suto
, and
A.
Kasuya
,
J. Chem. Phys.
121
,
10660
(
2004
).
35.
T.
Yamada
,
T.
Inoue
,
K.
Yamada
,
N.
Takano
,
T.
Osaka
,
H.
Harada
,
K.
Nishiyama
, and
I.
Taniguchi
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
8039
(
2003
).
36.
L. J.
Webb
,
S.
Rivillon
,
D. J.
Michalak
,
Y. J.
Chabal
, and
N. S.
Lewis
,
J. Phys. Chem. B
110
,
7349
(
2006
).
37.
H. B.
Yu
,
L. J.
Webb
,
J. R.
Heath
, and
N. S.
Lewis
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
252111
(
2006
).
38.
G. S.
Higashi
,
Y. J.
Chabal
,
G. W.
Trucks
, and
K.
Raghavachari
,
Appl. Phys. Lett.
56
,
656
(
1990
).
39.
E. J.
Nemanick
,
P. T.
Hurley
,
B. S.
Brunschwig
, and
N. S.
Lewis
,
J. Phys. Chem. B
110
,
14800
(
2006
).
40.
B.
Gans
,
P. A.
Knipp
,
D. D.
Koleske
, and
S. J.
Sibener
,
Surf. Sci.
264
,
81
(
1992
).
41.
B.
Poelsema
and
G.
Comsa
,
Scattering of Thermal Energy Atoms from Disordered Surfaces
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
1989
).
43.
J.
Lapujoulade
,
Y.
Lejay
, and
G.
Armand
,
Surf. Sci.
95
,
107
(
1980
).
44.
Atomic and Molecular Beam Methods
, edited by
G.
Scoles
(
Oxford University Press
,
Oxford
,
1992
).
45.
D.
Farias
and
K. H.
Rieder
,
Rep. Prog. Phys.
61
,
1575
(
1998
).
47.
G.
Bracco
,
M. D.
Ward
, and
G.
Scoles
,
J. Chem. Phys.
118
,
8405
(
2003
).
48.
G.
Pelz
,
P.
Mittler
,
K. M. T.
Yamada
, and
G.
Winnewisser
,
J. Mol. Spectrosc.
156
,
390
(
1992
).
49.
A. J. F.
Clark
and
J. E.
Drake
,
Can. J. Spectrosc.
22
,
79
(
1977
).
50.
J. S.
Ha
and
E. F.
Greene
,
J. Chem. Phys.
91
,
571
(
1989
).
51.
G.
Bracco
,
J.
Acker
,
M. D.
Ward
, and
G.
Scoles
,
Langmuir
18
,
5551
(
2002
).
52.
T. Y. B.
Leung
,
P.
Schwartz
,
G.
Scoles
,
F.
Schreiber
, and
A.
Ulman
,
Surf. Sci.
458
,
34
(
2000
).
53.
Helium Atom Scattering from Surfaces
, edited by
E.
Hulpke
(
Springer
,
Berlin
,
1992
).
54.
J. R.
Buckland
and
W.
Allison
,
J. Chem. Phys.
112
,
970
(
2000
).
55.
G.
Bracco
and
G.
Scoles
,
J. Chem. Phys.
119
,
6277
(
2003
).
56.
W.
Steurer
,
A.
Apfolter
,
M.
Koch
,
W. E.
Ernst
,
E.
Sondergard
,
J. R.
Manson
, and
B.
Holst
,
Phys. Rev. B
78
,
045427
(
2008
).
57.
J. J.
Hernández
,
J. A.
Li
,
J.
Baker
,
S. A.
Safron
, and
J. G.
Skofronick
,
J. Vac. Sci. Technol. A
14
,
1788
(
1996
).
58.
C. N.
Borca
,
S.
Adenwalla
,
J. W.
Choi
,
P. T.
Sprunger
,
S.
Ducharme
,
L.
Robertson
,
S. P.
Palto
,
J. L.
Liu
,
M.
Poulsen
,
V. M.
Fridkin
,
H.
You
, and
P. A.
Dowben
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
4562
(
1999
).
59.
D. Q.
Feng
,
P. A.
Dowben
,
R.
Rajesh
, and
J.
Redepenning
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
181918
(
2005
).
60.
J. S.
Becker
,
R. D.
Brown
,
D. R.
Killelea
,
H.
Yuan
, and
S. J.
Sibener
, “
Comparative surface dynamics of amorphous and semicrystalline polymer films
,”
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
(in press).
61.
G. A.
Ferguson
and
K.
Raghavachari
,
J. Chem. Phys.
125
,
154708
(
2006
).
You do not currently have access to this content.