At semiconductor surface, structural changes are induced by an electronic mechanism. It is important to clarify structural responses corresponding to various electronic excitation phases, and universality of electronic mechanism for complete understanding structural unstabilities induced excitation. Electronic excitation type is subdivided into 2 categories, individual excitation and collective excitation. In the case of photo-excitation, interband excitation of valence electron induces bond breaking of surface consistent atoms by an electronic process. This photo-induced structural unstability can be explained reasonably as described that hole produced by interband excitation of valence electron, multiply localize at surface atom site induces bond breaking.
In contrast to the laser excitation, we have no information that whether collective excitation (plasmon excitation) induces structural unstability of semiconductor surface. Therefore, we conducted this study of low-energy-electron-beam induced structural changes on Si(111)-(7x7). The structural changes induced low-energy electrons (15-50 eV) directly were observed in atomic levels by means of scanning tunneling microscope. Vacancy is induced by electron-beam irradiation at surface site. As the result of statistical survey, we clarified (1) 80% of induced vacancy are mono vacancies, (2) efficiency of vacancy formations has strong site-dependence. Because of strong similarity with characteristics of photo-induced structural changes, hole multiply-localization at surface atom site induces bond breaking in the case of electron-beam irradiation. On the other hand, in contradiction to photo-excitation, the efficiency of the vacancy formations increase linearly as electron beam fluxes increasing. We'll explain about bond breaking model caused by surface plasmon which based on experimental results.
半導体表面では、電子系の励起に起因する表面構造の変化が誘起される。この励起誘起構造不安定性を完全に理解するためには、様々な電子励起形態に対する構造的応答を明らかにし、その電子的機構の一般性を解明する事が重要である。電子励起の形態には、大きく分けて、個別励起と集団励起（プラズモン励起）があるが、光励起による価電子系個別励起の場合、電子的過程により表面最外層の原子結合が局所的に切断される。この光励起構造不安定性は、価電子系の個別励起により生成した正孔が、表面原子サイトに多重局在することにより原子結合が切断されるというモデルにより合理的に説明されている。これに対し、価電子系の集団励起（プラズモン励起）が半導体表面構造の不安定化を誘起するかについては全く明らかになっていない。そこで我々は、プラズモンを効率的に励起できる低エネルギー電子線を励起源とし、Si(111)-(7x7)表面において誘起される構造変化を研究した。
15-50 eVの低エネルギー電子線により誘起される構造変化をトンネル顕微鏡により原子スケールで直接観察した。電子線励起により、表面サイトに空格子点が生成されることを確認した。得られたSTM像を統計的に解析した結果、(1)生成される空格子点の80%は孤立空孔子点であること、(2)生成効率は強いサイト依存性を示すことが明らかとなった。光誘起構造変化の形態的特徴との強い類似性により、電子線励起の場合も、表面正孔の原子サイトへの多重局在が結合切断に重要であるものと考えられる。一方、光励起の場合と異なり、結合切断効率の励起強度依存性は線形であるとともに、空格子点生成断面積は、15から50 eVの領域で急激な減少を示すことが明らかとなった。得られた結果に基づき、表面プラズモン励起に起因する結合切断モデルについて解説する。