Взаимодействие атомов Ge с поверхностными реконструкциями в системе Ме/Si(111)
Скачать 209.61 Kb.
|
На правах рукописи Чубенко Дмитрий Николаевич Взаимодействие атомов Ge с поверхностными реконструкциями в системе Ме/Si(111) Специальность — 01.04.10 Физика полупроводников АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Владивосток 2010 Работа выполнена в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН
Защита состоится 3 декабря 2010г. в 13:00 на заседании диссертационного совета Д005.007.02 при Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской Академии наук по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Института автоматики и процессов управления ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН Автореферат разослан ?? октября 2010г. Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент Гамаюнов Е. Л. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ Актуальность темы. В последние годы в электронной промышленности усилился интерес к гетероструктурам GexSi1-x, выращенных на подложках кремния. Такие системы, обладающие новыми физико-химическими свойствами и получившие название «искусственные подложки» [1], позволяют существенно улучшить свойства приборов, которые традиционно изготавливаются на подложках кремния [2, 3]. Появляется возможность использования подобных гетероструктур в качестве искусственных подложек для роста GaAs, что может в будущем привести к совмещению приборов, создаваемых на основе кремниевой технологии, с оптоэлектронными приборами, основным материалом для которых является GaAs. Уже разработаны полупроводниковые устройства, использующие напряженные слои GeSi. Например, в 2006 году фирма IBM сообщила об успешной разработке транзистора, способного работать на частоте 500 ГГц, что примерно в 100 раз превышает максимальные показатели полупроводниковых приборов, применяемых сейчас в массовом производстве микросхем. Таким образом, слои твердого раствора GeSi приобретают очевидную актуальность и практическую значимость. Тем не менее, свойства поверхности таких слоев пока практически не изучены, несмотря на то, что усиливающаяся тенденция миниатюризации полупроводниковых приборов приводит к все возрастающей роли структуры поверхностей полупроводников при создании на них электронных, оптических и т.п. устройств. На сегодняшний день известно более 300 поверхностных реконструкций на кремнии и около 100 на германии, но реконструкции, формирующиеся на поверхности гетерослоя GeSi практически неизвестны. С другой стороны, изучение формирования атомных реконструкций на поверхности GexSi1-x/Si позволит лучше понять процессы на поверхности твердых тел. Действительно, вопрос о том, какой специфический параметр подложки и слоя адсорбата контролирует структуру и свойства получаемой реконструкции, всё еще представляет интерес. Нахождение ответа на этот вопрос открывает возможность контролируемой модификации реконструкций в нужном направлении, получение структур с заданными свойствами. В настоящее время принято считать, что образование реконструкций на поверхности твердых тел в основном есть результат конкуренции двух процессов: (а) уменьшение числа свободных (ненасыщенных) связей, обусловленное перегруппировкой атомов на поверхности (это приводит к уменьшению поверхностной энергии); (б) увеличение поверхностного напряжения, вызванного заменой атомов (это приводит к увеличению поверхностной энергии). Одним из путей модификации структуры и свойств поверхностной реконструкции является добавление атомов другого адсорбата, что влияет на оба процесса. Например, добавление атомов Au в поверхностную реконструкцию  приводит к изменению электронных свойств поверхности [4], добавление атомов In в  приводит к «плавлению» доменных стенок [5], в то время как добавление атомов Al в такую же реконструкцию вызывает появление новых реконструкций  и 22 и т.п. С другой стороны, изменение механического напряжения поверхности также может приводить к значительным изменениям структуры и свойств поверхностных реконструкций. В этом плане замена верхнего поверхностного слоя подложки Si на слой GexSi1-x, для которого свойственно незначительное увеличение постоянной решетки, предоставляет большие возможности для модификации поверхностных реконструкций, что является важным этапом в поиске методов синтеза структур пониженной размерности с заданными свойствами.Всё вышесказанное определило актуальность и цели данной работы. Цель диссертационной работы: исследовать влияние модификации приповерхностного слоя подложки Si(111) на процессы формирования, структуры и свойства поверхностных реконструкций. Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи: 1. Изучить поведение атомов Ge на поверхностной реконструкции Si(111)5,555,55-Сu, а также изменение структуры несоразмерной фазы Si(111)5,555,55-Сu при формировании твердого раствора GexSi1-x. 2. Исследовать изменение кристаллической структуры поверхностной реконструкции Si(111)41-In при формировании в приповерхностном слое твердого раствора GexSi1-x. 3. Рассмотреть изменения физических свойств реконструкций в системе Al/Si(111) при формировании в приповерхностном слое твердого раствора GexSi1-x. Научная новизна работы. Работа содержит новые экспериментальные результаты, наиболее важные из которых следующие: 1. Получены массивы атомных кластеров германия и определена величина потенциального барьера на доменных стенках элементарных ячеек реконструкции Si(111)5,555,55-Cu. 2. Экспериментально обнаружен переход реконструкции 41 в реконструкцию 73 в системе In/Si(111) при формировании в приповерхностном слое твердого раствора GexSi1-x. 3. Показана возможность изменения относительной температурной стабильности реконструкций в системе Al/Si(111) путем создания слоя твердого раствора GexSi1-x в приповерхностном слое. Практическая значимость исследования. В ходе выполения диссертационной работы показана возможность изменения температурной стабильности наноструктур, что может быть использовано для улучшения характеристик нанокатализаторов на основе магических кластеров Al. Предложена методика анализа однородности твердого раствора GexSi1-x на поверхности Si(111) по локальной ориентации элементарных ячеек реконструкции Si(111)5,555,55-Cu. Основные защищаемые положения. 1. Величина диффузионного барьера между ячейками реконструкции Si(111)5,555,55-Cu -Cu для атома Ge составляет 0,29±0,03 эВ. Атомы Ge на поверхностной реконструкции Si(111)5,555,55-Cu формируют кластеры трех типов: гексагональные  и 2×2 кластеры, а также четырехугольные  кластеры.2. Модификация поверхности Si(111) формированием в приповерхностной области твердого раствора GexSi1-x вызывает переход поверхностной реконструкции Si(111)41-In в реконструкцию 73. 3. Поверхностная реконструкция -77 в системе Al/GexSi1-x(111) имеет увеличенную температурную стабильность и существует вплоть до температуры десорбции Al (800C), в отличие от системы Al/Si(111), в которой она существует до температуры 600С, после чего необратимо переходит в реконструкцию Si(111) -Al.4. Модификация поверхности Si(111) формированием в приповерхностной области твердого раствора GexSi1-x изменяет предпочтительные адсорбционные позиции для атома Al с позиции «адатома» на замещающую позицию. Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на международных, российских и региональных конференциях, в том числе: Х, XI, XII Региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов. ИАПУ ДВО РАН, Владивосток. 2006-2009; 7-я региональная научная конференция ФФИИО-7, 2007, г. Владивосток; The Russia-Japan Seminar on Semiconductor Sirfaces, 2006, 2008; Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, ДВГУ, 2006, г. Владивосток; The Eight Japan-Russia Seminar on Semiconductor Surfaces, 2008, Sendai. 16th International Symposium “Nanostructures: Physics and Technology”, Vladivostok, Russia, July 14-18, 2008 Публикации и личный вклад автора. По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, входящих в Перечень ведущих периодических изданий ВАК РФ. Личный вклад автора заключается в подготовке и проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных и интерпретации полученных результатов. Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии. Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 136 страниц, включая 78 рисунков и список цитируемой литературы из 163 наименований. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дана общая характеристика диссертации, где обоснована актуальность темы и объектов исследования, сформулированы цель и выносимые на защиту положения, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов. В первой главе «Субмонослойные реконструкции на кремнии и германии» приведены базовые понятия, касающиеся кристаллографии поверхности. Представлены основные сведения о чистых поверхностях кремния Si(111), германия Ge(111), рассмотрены поверхностные реконструкции, которые образуются при взаимодействии Al, In, Cu на поверхностях на грани (111) кремния и германия. Вторая глава «Экспериментальная установка и методы исследования» посвящена рассмотрению основных методов исследования поверхности, таких как сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая туннельная спектроскопия, дифракция медленных электронов. Описаны методики приготовления образцов и очистки поверхности. Третья глава «Диффузия атомов Ge на поверхности Si(111)5,55×5,55-Cu при комнатной температуре и взаимодействие Ge с этой поверхностью при более высоких температурах» посвящена изучению динамики отдельных адатомов Ge и их самоорганизации в кластеры на реконструированной поверхности Si(111)5,55×5,55-Cu методом сканирующей туннельной микроскопии. Экспериментальные исследования миграции адатомов по поверхности представляют значительный интерес для физики поверхности, так как они способствуют достижению более детального и глубокого понимания процессов на поверхности, приводящим к формированию атомных кластеров, наноструктур и тонких пленок. Особенно актуально исследование таких процессов методами, позволяющими отследить движение отдельного атома по поверхности, одним из которых является сканирующая туннельная микроскопия [6]. Поверхностная реконструкция Si(111)5,55×5,55-Cu (рис. 1 (а)) представляет собой квазипериодический несоразмерный слой Cu2Si, локальная структура которого образована атомами меди в позициях Н3 (Cu(H3) атомы) и замещением атомов кремния в верхнем двойном слое кремния (Cu(Su) атомы) (рис. 1 (б), (в), (г)). Н  есоответствие параметров решетки между Cu2Si и Si(111) приводит к формированию несоразмерных доменов, имеющих форму неидентичных шестиугольников со средним размером 5,5а0 (выделены на рис. 1 (а) белыми линиями), разделенных доменными стенками с вакансионными дефектами в узлах (рис. 1(а)). Потенциальный рельеф поверхности отражает особенности этой реконструкции. Он представляет собой массив потенциальных «бассейнов», расположенных в центральной части шестиугольников и разделенных относительно высокими и широкими барьерами вдоль сторон шестиугольников.Рис. 1. (а) СТМ изображение высокого разрешения поверхности Si(111)5,55×5,55-Cu (125125 Å2); (б) структурная модель Cu2Si/Si(111) предложенная Зегенхагеном [7]; (в) экспериментальное и (г) моделированное СТМ изображения заполненных состояний (1212 Å2), показывающие соответствие СТМ максимумов атомам, составляющим слой Cu2Si. Ge осаждался на поверхность Si(111)5,55×5,55-Cu при комнатной температуре. СТМ исследования проводились как при комнатной температуре, так и с охлаждением образца до низких температур (Т120К). При комнатной температуре адатомы Ge перемещаются по поверхности Cu2Si, однако их движение ограничено доменными стенками; адатомы совершают непрерывное движение внутри шестиугольной ячейки. Скорость перемещения атома Ge выше скорости сканирования СТМ, таким образом, нестабильный атом германия на СТМ изображении выглядит как «заштрихованная» область, не имеющая определенной формы (рис. 2 (а) и рис. 3 (а)). Внутри ячейки атом может находиться в нескольких, от трех до шести, адсорбционных позициях, расположенных над атомами Cu(Su) (рис. 2. (б)-(г)). Это было показано методом «усреднения» нескольких СТМ изображений. На рис. 2 (б) показано усредненное изображение полученное из 18 отдельных СТМ изображений одного и того же места поверхности. Наложение структурной модели Cu2Si на усредненное изображение (рис. 2 (в)) показало, что центры максимумов расположены в позициях Cu(Su) центральной части шестиугольника (рис. 2 (д)). Как видно, атомы Ge посещают только центр ячейки, избегая области доменных стенок. Данное наблюдение позволяет качественно описать форму потенциального рельефа поверхности Si(111)5,55×5,55-Cu. Поверхность содержит набор потенциальных бассейнов, сосредоточенных внутри центров шестиугольных доменов реконструкции Si(111)5,55×5,55-Cu, которые характеризуются неглубоким потенциальным рельефом с минимумами в позициях Cu(Su). Д  ля большинства атомов Ge, доступной для перемещения областью является внутренняя часть шестиугольного домена, ограниченная доменными стенками. Перемещение атома Ge из одного шестиугольного домена реконструкции Si(111)5,55×5,55-Cu в другой является редким событием.Рис. 2. (а) одиночное СТМ изображение шестиугольной ячейки поверхности Si(111)5,555,55-Cu с быстро  перемещающимся внутри атомом Ge, (б) «усредненное» СТМ изображение, полученное путем наложения 18 изображений одного и того же шестиугольника. Серыми точками отмечены угловые кратеры, которые использовались как точки привязки при наложении изображений, (в) схематичное изображение Cu2Si, с атомами Cu(H3) в качестве узлов (белые кружки), наложенная на усредненное СТМ изображение, на котором обведены СТМ максимумы, соответствующие адсорбционным позициям атома Ge. Крестами отмечены центры этих максимумов, (г) увеличенной схематическое изображение шестиугольника на (в), показывающее, что атом германия посещает позиции Сu(Su).С понижением температуры, скорость прыжков атомов Ge уменьшается и при температурах ниже 265К время жизни атома Ge (т.е. время, в течение которого атом Ge находится неподвижно в одной адсорбционной позиции) становится больше времени, необходимого для получения СТМ изображения этого атома. Поэтому атомы Ge на СТМ изображениях, полученных при низкой температуре, выглядят как сплошные круглые максимумы (рис. 3 (б)).  Рис. 3. СТМ изображения заполненных состояний поверхности Si(111)5,555,55-Cu после осаждения 0,02 МС Ge полученные при (а) комнатной температуре; (б) 242 К. Размер СТМ изображений 6565 Å2. С (а)  реднее время жизни атома германия в адсорбционной позиции было измерено как функция температуры с помощью режима видео-СТМ. В диапазоне температур от 224 до 265 К, оно варьируется от 208 до 27 секунд (рис. 4(а)). Величина диффузионного барьера, полученная из построения Аррениуса (рис. 4 (б)) для среднего времени жизни, составляет 0,29±0,03 эВ, а частотный множитель равен 109±1 Гц. Рис. 4. (а) Уменьшение количества адатомов германия, сохраняющих свои начальные адсорбционные позиции для 224, 232, 242, 253 и 265К. Сплошные линии представляют собой график  , с временем жизни в качестве подгоняемого параметра для каждой температуры. (б) Температурная зависимость (построение Аррениуса) среднего времени жизни адатома германия в адсорбционной позиции внутри ячейки Si(111)5,555,55-Cu.Когда покрытие Ge приближается к ~0,03 МС, количество атомов Ge становится сравнимым или больше числа шестиугольных ячеек на поверхности и вследствие этого некоторые ячейки могут захватывать по несколько атомов Ge, т.е. формируются атомные кластеры Ge. Статистический анализ показал, что на этом этапе преобладающими кластерами являются димеры с межатомным расстоянием  , реже встречаются димеры с межатомными расстояниями 2а и  . Димеры с расстоянием больше , равно как и 1а не встречаются. С ростом покрытия Ge, количество атомов Ge, находящихся внутри шестиугольников, увеличивается до тех пор, пока не будут заняты все возможные адсорбционные позиции. Это наступает при покрытии насыщения 0,1 МС. В результате на поверхности формируются кластеры, состоящие из большего количества атомов Ge, включая димеры, тримеры, тетрамеры и пентамеры. Тримеры являются самым распространенным типом кластеров. В зависимости от межатомного расстояния кластеры могут быть разделены на три основные группы: гексагональные  и 2×2 кластеры, а также четырехугольные  кластеры. Как и димеры, тримеры являются самым распространенным типом кластеров. При покрытиях Ge больше покрытия насыщения, атомы германия образуют трехмерные островки.При нагреве поверхности Ge/Si(111)5,555,55-Cu атомы Ge диффундируют сквозь слой Cu2Si вглубь подложки, растворяются в подповерхностной области и формируют слой GexSi1-х. Как известно, поверхностные структуры Cu/Si и Cu/Ge имеют подобные кристаллические структуры [8], но различаются размерами элементарной ячейки и углом разворота ее относительно объемной решетки. В данной работе показано что, структура Cu/GexSi1-x подобна по устройству «чистым» системам, однако размеры ячейки и угол ее разворота пропорциональны концентрации Ge в приповерхностной области. Это позволяет использовать данную систему для оценки равномерности растворения Ge в Si(111). Четвертая глава «Стабильность реконструкции Si(111)41-In при формировании слоя GexSi1-x» посвящена исследованию возможности модификации поверхностных реконструкций путем изменения среднего значения постоянной решетки подложки, на примере поверхностной реконструкции Si(111)41-In. Эта структура вызывает интерес своими квазиодномерными электронными свойствами [9] и низкотемпературным фазовым переходом в структуру 82 [10]. В данной работе были проведены сравнительные эксперименты по формированию реконструкции Si(111)41-In на чистой поверхности Si(111)77 и на слое GexSi1-x при прочих равных условиях. Модификация образца путем адсорбции Ge проводилась с помощью трех разных процедур. В первой процедуре, Ge осаждался на атомарно чистую поверхность Si(111)77 перед осаждением In. После формирования слоя GexSi1-х(111), на поверхность был осажден 1,0 МС In при температуре подложки 450C (обычные условия роста реконструкции Si(111)41-In). Во второй процедуре использовалась твердофазная эпитаксия, т.е. Ge осаждался на уже приготовленную поверхность Si(111)41-In при комнатной температуре, затем образец нагревался до 450С в течение 1 минуты. В третьей процедуре, Ge осаждался на поверхность Si(111)41-In, нагретую до 450С, т.е. применялся метод молекулярно-лучевой эпитаксии. Независимо от выбора процедуры были получены идентичные результаты, зависящие исключительно от количества осаждённого Ge. На рис. 5 показаны структурные изменения на поверхности, в зависимости от покрытия Ge. Когда покрытие Ge относительно мало (0,06 МС, рис. 5(а)), разрушение начальной реконструкции 41 начинает происходить возле доменных стенок и ступеней. С ростом покрытия Ge (рис. 5(б) и (в)), разрушение 41 продолжается дальше, затрагивая области внутри доменов 41. Можно заметить, как полосы новой структуры последовательно заменяют реконструкцию 41. При покрытии Ge составляющем примерно 1/3 МС, вся поверхность оказывается занятой новой реконструкцией. Дальнейшее увеличение покрытие Ge до 1-2 МС не влияет на поверхностную структуру.  Рис. 5. 430430 Å2 СТМ изображения заполненных состояний, показывающие этапы изменения реконструкции поверхности Si(111)41-In вызванные добавлением (а) 0,006 МС, (б) 0,12 МС, (в) 0,25 МС и (г) 0,35 МС Ge. Новая реконструкция имеет периодичность 73, как показано на рис. 6. Из СТМ изображений с сосуществующими доменами 41 и новой реконструкции видно, что ширина 4-х рядов этой новой реконструкции совпадает с 7-ю рядами реконструкции 41 по ширине (вставка на рис. 6(а)). Как результат, формируются домены этой реконструкции строго определенной ширины: число рядов делимо на 4 (4, 8, 12 и т.д.). Периодичность вдоль ряда этой реконструкции эквивалентна 3а, как видно из сравнения профилей сканов, построенных вдоль рядов 41 и новой реконструкции (профили А и В на рис. 6(б) и (в)). Так же в главе оценено количество атомов подложки входящих в состав поверхностной реконструкции 73, которое составляет 0.650.04 МС, что соответствует 14 атомам на элементарную ячейку реконструкции 73. Р  ис. 6. (а) 1740900 Å2 СТМ изображение заполненных состояний (-2.8 В) содержащее сосуществующие домены реконструкций 41 и 73 (покрытие Ge составляет 0,25 МС). Показано количество рядов (4, 8 и 12) в доменах 73. (б) Фрагмент поверхности с большим увеличением. Очерчены элементарные ячейки 41 и 73. (в) Профили линий А и В на (б).Так же в главе оценено количество атомов подложки входящих в состав поверхностной реконструкции 73, которое составляет 0.650.04 МС, что соответствует 14 атомам на элементарную ячейку реконструкции 73. Пятая глава «Изменение температурной стабильности реконструкций в системе Al/Si(111) при формировании приповерхностного слоя SixGe(1-x)» посвящена изучению эволюции системы Al/Si(111) при формировании в приповерхностном слое твердого раствора GexSi1-x. В качестве исходной реконструкции был выбран массив магических кластеров Al (поверхностная фаза Si(111)-7×7-Al, рис. 7(а)). Такой массив формируется в результате напыления 0,35 МС Al на поверхность Si(111)7×7 при температуре 575C. Известно, что этот массив обладает каталитической активностью [11]. Реконструкция Si(111)-7×7-Al является метастабильной и переходит в реконструкцию Si(111) -Al при прогреве выше 600С (рис. 7(б)). Переход -7×7 является необратимым. При формировании слоя GexSi1-x новых реконструкций с атомным устройством, отличным от реконструкций уже известных в системе Al/Si(111) обнаружено не было. Однако, при увеличении концентрации Ge в приповерхностном слое плавно увеличивается температура перехода поверхностной реконструкции Si(111)-7×7-Al в Si(111)-Al. Результаты экспериментов представлены в виде итоговой фазовой диаграммы (рис. 7 (в)), построенной по результатам исследований с помощью метода ДМЭ.В связи с увеличенной стабильностью поверхностной фазы -77 в системе Al/GexSi1-x, появляется возможность обратного перехода из -7×7 в  , который в обычной системе Al/Si(111) не наблюдается. Это происходит при растворении атомов Ge в подложке со сформированной реконструкцией Si(111)-Al, которая была получена путем осаждения 0,25 МС Al на поверхность Si(111) 77 при температуре 700С в соответствии с фазовой диаграммой [12]. Затем на полученную поверхность осаждалось некоторое количество Ge при комнатной температуре с последующим отжигом. Переход из поверхностной структуры в массив магических кластеров происходит при покрытии германия выше 0,4 МС и температуре выше 350С. Сформированный массив магических кластеров обычно неполный, количество кластеров составляет примерно 60% от идеального количества, которое соответствует двум кластерам на элементарную ячейку 77. Одновременно избыток атомов Al агломерируется в более плотную -фазу. Пер еход начинается от ступеней террас, начиная с верхней террасы.Рис. 7. Необратимый структурный переход фазы -7×7-Al в реконструкцию , в системе Al/Si(111) при нагреве выше 600С. (а) 295×220 Å2 СТМ изображение заполненных состояний массива магических кластеров (фаза -7×7-Al); (б) 920×725 Å2 СТМ изображение незаполненных состояний той же поверхности после нагрева выше 600С. Поверхность представляет собой домены реконструкции  с включениями  . Вставка показывает СТМ изображение фазы при большем увеличении (размер 115×85 Å2); (в) Фазовая диаграмма, показывающая влияние добавления Ge в подложку Si(111) на поверхностные структуры, наблюдаемые с помощью дифракции медленных электронов в системе 0,3 МС Al на поверхности GexSi1-x.Данные, полученные с помощью дифракции медленных электронов и сканирующей туннельной микроскопии, показывают, что присутствие Ge в верхнем слое Si(111) влияет на стабильность конфигураций адсорбированного Al на поверхности Si(111). Легко заметить, что реконструкции Al/Si(111) могут быть разделены на 2 группы. Первая группа включает в себя реконструкции, основным структурным элементом которых являются адсорбированные атомы Al ( и  ). Вторая группа включает в себя реконструкции в которых атомы Al занимают замещающие положения на поверхности Si(111) (-фаза и -77 фаза). Реконструкция -77 отнесена во вторую группу так как каждый магический кластер представляет собой треугольный домен двойного слоя Si-Al. В «чистой» системе Al/Si(111) адатом Al является более стабильным, чем Al в замещающей позиции, что обуславливает необратимый переход из фазы -77 в реконструкцию при нагреве до температуры выше 600С. С увеличением содержания Ge в подложке Si, стабильность замещающей конфигурации превышает стабильность конфигурации адатома и реконструкции второй группы ( фазы и -77 фаза) преобладают над адатомоподобной реконструкцией . Теоретические расчеты показали, что в системе Al/Si(111) конфигурация адатома на 0,43 эВ более выгодна, чем замещающая конфигурация. Для системы Al/Ge(111) результаты расчетов различаются не так сильно. Энергии образования обеих конфигураций оказались примерно одинаковыми с учетом точности расчета. Таким образом, в отличие от системы Al/Si(111) конфигурация адатома в системе Al/Ge(111) не имеет преимуществ по сравнению с конфигурацией замещения.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. При комнатной температуре, миграция адатомов германия ограничена границами шестиугольных ячеек реконструкции Si(111)5,55×5,55-Cu. Атом германия непрерывно перемещается между доступными адсорбционными позициями и посещает от трех до шести адсорбционных позиций, расположенных над атомами Cu(Su). 2. Величина энергии активации диффузии для атома Ge на поверхности Si(111)5,555,55-Cu, составляет 0,29±0,03 эВ, а частотный множитель 109±1 Гц. 3. При покрытии германия больше 0,03 МС атомы германия на поверхности Si(111)5,555,55-Cu образуют атомные кластеры: димеры, тримеры, тетрамеры и пентамеры. Расстояние между атомами германия в кластерах больше межатомного расстояния на поверхности и составляет , 2а, . В зависимости от расстояния между атомами германия кластеры могут быть разделены на 3 основные группы: гексагональные и 2×2 кластеры, а также четырехугольные кластеры. При покрытиях германия меньше, чем примерно 0,06 МС наиболее распространенными являются димеры, при больших покрытиях – тримеры. При покрытиях больше покрытия насыщения, которое составляет 0,1 МС, атомы германия образуют трехмерные островки.4. При замещении атомов подложки (кремния) атомами германия под слоем двумерного силицида меди (Si(111)5,555,55-Cu) происходит «плавный» разворот поверхностной решетки. Угол поворота элементарной ячейки зависит от локальной концентрации германия и изменяется от нуля до 30 при изменении покрытия германия от нуля до 2 МС. 5. Поверхностная реконструкция Si(111)41-In очень чувствительна к изменению химической природы и параметра решетки подложки. Замещение атомов кремния на поверхности Si(111) атомами германия, имеющими близкую химическую природу, приводит к замене реконструкции Si(111)41-In на реконструкцию Si(111)73-In. Переход полностью завершается при среднем покрытии германия, составляющем 1/3 МС, что соответствует среднему увеличению постоянной решетки примерно на 0,07%. Данные сканирующей туннельной спектроскопии однозначно указывают на то, что реконструкция Si(111)73-In обладает металлическими свойствами. 6. Замещение атомов кремния на поверхности Si(111) атомами германия приводит к изменению относительной стабильности поверхностных реконструкций, которые образуются при взаимодействии атомов Al с поверхностью. Как на исходной подложке Si(111), так и на модифицированной германием — GexSi1-x(111), существуют три реконструкции: (а) массив магических кластеров (фаза -77), и , однако, на модифицированной поверхности массив магических кластеров (-77) более стабилен по сравнению с реконструкцией . На исходной поверхности Si(111) ситуация противоположная: реконструкция более стабильна по сравнению с -77.Список публикаций по теме диссертации (жирным шрифтом выделены публикации в журналах из перечня ВАК РФ): 1. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «4×1-to-7×3 transition in the In/GexSi1-x(111) system induced by varying substrate lattice constant», Physical Review B, 2007. 76 073307; 2. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Controllable modification of surface reconstructions», Proceedings of 16th International Symposium “Nanostructures: Physics and Technology”, Vladivostok, Russia, July 14-18, 2008, p.163 (SCNF.04.o); 3. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, Yu.V. Luniakov, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Relative stabilities of adsorbed versus substitutional Al atoms in submonolayer Al/SixGe1-x(111)», Physical Review B, 2008, 78 165409; 4. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Trapping of Ge adatoms within unit cells of the quasi-5×5-Cu reconstruction», Proceedings of Eighth Japan - Russia Seminar on Semiconductor Surfaces (MO8), October 19-23, 2008, Tohoku University, Sendai, Japan; 5. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, Yu.V. Luniakov, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Influence of the Si substrate modification by Ge adtoms on the stability of Al-induced surface structures on the Si(111) surface», Proceedings of Eighth Japan - Russia Seminar on Semiconductor Surfaces (MO19), October 19-23, 2008, Tohoku University, Sendai, Japan. 6. Д.Н. Чубенко, А.В. Кириллов, И.В. Гвоздь, Д.В. Грузнев, А.В. Зотов, А.А. Саранин, «СТМ исследования поведения адатомов Ge на поверхности Si(111)-5,555,55-Cu», Труды XII конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов: ПДММ’2009, 17–20 июня 2009, Владивосток. – C.46-50 7. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.V. Gvozd, E.N. Chukurov, Yu.V. Luniakov, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Diffusion and clustering of adatoms on discomensurate surface template: Ge atoms on Si(111)”55”-Cu reconstruction», Surface Science 604 (2010) 666-673. Список цитируемой литературы [1] Ю.Б. Болховитянов, О.П. Пчеляков, Л.В. Соколов, С.И. Чикичев. Искусственные подложки GeSi для гетероэпитаксии – достижения и проблемы. Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 5 [2] F. Schaffler. Semicond. Sci. Techn. 12, 1515 (1997); Thin Sol. Films, 321, 1 (1998). [3] D.J. Paul. Thin Sol. Films, 321, 172 (1998). [4] J. N. Crain, K. N. Altmann, C. Bromberger, and F. J. Himpsel, Phys. Rev. B 66, 205302 _2002_. [5] D. V. Gruznev, I. N. Filippov, D. A. Olyanich, D. N. Chubenko, I.A. Kuyanov, A. A. Saranin, A. V. Zotov, and V. G. Lifshits, Phys. Rev. B 73, 115335 _2006_. [6] X. Qin, B. Swartzentruber, and M. Lagally, Phys. Rev. Lett. 85, 3660 (2000). [7] J. Zegenhagen, E. Fontes, F. Grey, J.R. Patel, Phys. Rev. B 46 (1992) 1860. [8] J. Zegenhagen, P. F. Lyman , M. Bӧhringer , and M. J. Bedzyk. Discommensurate Reconstructions of (111)Si and Ge Induced by Surface Alloying with Cu, Ga and In// phys. stat. sol. (b) 204, 587 (1997) [9] K. Fleischer, S. Chandola, N. Esser, W. Richter, and J. F. McGilp, Phys. Status Solidi A 188, 1411 _2001_. [10] H. W. Yeom, S. Takeda, E. Rotenberg, I. Matsuda, K. Horikoshi, J. Schaefer, C. M. Lee, S. D. Kevan, T. Ohta, T. Nagao, and S. Hasegawa, Phys. Rev. Lett. 82, 4898 _1999_. [11] Z. Zhang, Q. Fu, H. Zhang, Y. Li, Y. Yao, D. Tan, and X. Bao, J. Phys. Chem. 111, 13524 _2007_. [12] Khramtsova E.A., Zotov A.V., Saranin A.A., Ryzhkov S.V., Chub A.B., Lifshits V.G. Growth of extra–thin ordered aluminum films on Si(111) surface. // Appl. Surf. Sci. – 1994. – V. 82/83, N. 1–4. – P. 576–582 Чубенко Дмитрий Николаевич Взаимодействие атомов Ge с поверхностными реконструкциями в системе Ме/Si(111) АВТОРЕФЕРАТ Подписано к печати ??.??.2010г. Усл. п. л. ?? Уч.-изд. л. ?? Формат 6084/16. Тираж 100 экз. Заказ №? Издано ИАПУ ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Радио 5. Отпечатано в ИАПУ ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | План-конспект урока положение металлов в пс и особенности строения их атомов Повторить положение металлов в периодической системе, особенности строения их атомов и кристаллов; обобщить и расширить знания учащихся... |  | Урок по теме: «неметаллы» Цель: Систематизировать знания учащихся о неметаллах, их положении в периодической системе Д. И. Менделеева, строении их атомов |
| Урока: дидактические или образовательные Урок физики в 9-м классе по теме "Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов. Модели атомов. Опыт Резерфорда" | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №111 г. Минеральные Воды Ставропольского... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Электронная конфи-гурация атомов хи-мических элементов и графическое изоб-ражение электронной конфигурации атомов | | Рассмотрена утверждена Межкультурное взаимодействие в системе духовно-нравственного воспитания и преподавания курса орксэ |
| Реферат по теме: «Металлы. Свойства металлов.» Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов | | Тема. Общая характеристика металлов. Получение и физические свойства металлов. Девиз Рассмотреть положение элементов, образующих простые вещества –металлы, в Периодической системе и отметить особенности строения их... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Плоские черви» стр. 112-113, вопросы 1,2,3 стр. 118; проверка конспекта по теме «Кишечнополостные», стр. 104-111 или ответы на вопросы... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Общая формула оксидов: Эm Оn (m- число атомов элемента, n- число атомов кислорода) Примеры оксидов: K2O, CaO, so2 P2O5 |
| Урок химии в 9 классе. «Неметаллы» Цели урока: Обратить внимание учащихся на положение неметаллов в периодической системе, особенности строения их атомов, физические... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... На основе анализа положения галогенов в периодической системе элементов способствовать формированию знаний обучающихся о строение... |
| +2 их акцептором. В реакции (2) происходит перемещение электронов... Окислительно-восстановительные реакции – реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих... | | Тема Форма проведения Свойство атомов углерода образовывать прямые, разветвленные и замкнутые цепи, одинарные и краткие связи. Гомология, изомерия. Значение... |
| Кашинский район Структура образовательной среды: взаимодействие данного конкретного учреждения с учреждениями основного и дополнительного образования:... | | Лекция Углеводы, липиды Углеводы Наиболее богаты углеводами растительные клетки (до 90%). Количество атомов водорода в молекулах углеводов, как правило, в два раза... |
