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深入认识纳米尺度下半导体表面外延金属材料的性质对于微电子工业的发展和生长理论具有重要意义，它也是当前表面科学研究领域中的一个热点课题。本文利用扫描隧道显微镜(STM)研究了在Si(111)表面Cu和Sn的生长行为，以及Pb薄膜和单晶Pb(111)表面的氧化行为。本论文主要分为三个部分。
(1)利用STM和RHEED研究了在Si(111)衬底上Cu的生长行为。在室温条件下，由于Cu和Si的反应很强烈，只能得到粗糙的表面。利用两步生长法，即先低温沉积后室温退火的方法，在Si(111)衬底上获得了高质量的Cu薄膜。低温沉积抑制了Cu和Si的互扩散，使得Cu和Si的反应在沉积6ML后终止。与体单晶Cu(111)同质外延情况下形成的粗糙表面不同，Cu薄膜的低温生长遵循层状生长模式。原因在于低温沉积会导致高密度的二维小岛，这些岛的形成会大大增强层间质量输运，从而导致了在Si(111)衬底上的二维生长。提高Cu的沉积速率可以得到不同的薄膜表面形貌，这主要是退火的过程中薄膜的熟化过程造成的。
(2)在Si(111)-7x7，Si(111)-2√3x2√3-Sn和Si(lll)-√3x√3-Sn衬底上制备了分布均匀的二维Sn岛阵列。Sn岛的形状近似圆柱形。Sn岛的直径分布统计表明，对于每个覆盖度，Sn岛的直径(横向尺寸)都具有一个最优尺寸。岛和衬底的本征表面应力产生的岛边效应(island side effect)有助于岛尺寸的均一化。在不同覆盖度下Sn岛具有不同的最优尺寸，说明Sn岛阵列的化学势对于该覆盖度具有最小值。Sn岛的最优尺寸随覆盖度的变化还说明，岛岛之间的相互作用对整个系统的化学势具有很大的贡献。
(3)用STM和XPS研究了Pb薄膜和单晶Pb(111)表面的氧化行为。在一般条件下Pb表面较难被氧化，但是在75K的温度下吸附120L的氧气并进行室温退火后，在Pb膜表面将形成许多化学吸附的氧团簇。随着氧气吸附量的增加，表面吸附的团簇增多，团簇的尺寸也会变大。如把表面形成氧团簇的薄膜在室温下进一步吸附氧气，这些团簇会转化成尺寸较大的氧化物岛。在氧覆盖度达到3000L时，表面将全部被相互连接的氧化物岛所覆盖。对比实验表明，该方法同样适用于单晶Pb(111)表面的氧化。