Формирование силицидов железа и кобальта на поверхности чистого и окисленного монокристаллического кремния

• Автор: Малыгин, Денис Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
страница
ВВЕДЕНИЕ

Глава I ТВЕРДОФАЗНАЯ ЭПИТАКСИЯ СИЛИЦИДОВ ЖЕЛЕЗА И

КОБАЛЬТА НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

§1.1 Строение и свойства силицидов железа и кобальта

§1.2 Начальные стадии формирования силицидов железа на

поверхности кремния

§1.3 Начальные стадии формирования силицидов кобальта на

кремнии

§1.4 Формирование силицидов железа и кобальта на окисленном

кремнии
§ 1.5 Выводы из обзора и постановка задачи исследования
Глава II ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА. 3g
§2.1 Фотоэлектронная спектроскопия остовных уровней
высокого энергетического разрешения
§2.2 Экспериментальные установки и методика измерений
§2.3 Методика обработки спектров
Глава III НАЧАЛЬНЫЕ СТАДИИ ФОРМИРОВАНИЯ СИЛИЦИДОВ
ЖЕЛЕЗА И КОБАЛЬТА НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ
§ 3.1. Твердофазный синтез силицидов железа на поверхности
Si( 100)2x1
3.1.1. Взаимодействие атомов Fe с поверхностью Si( 100)2х 1 при
комнатной температуре.

3.1.2. Твердофазный синтез стабильных силицидов железа.
3.1.3. Твердофазный синтез метастабильных силицидов железа.
§3.2 Формирование силицидов железа на поверхности Si(l 11)7x7
§3.3 Формирование силицидов кобальта на поверхности
Si(100)2xl
Глава IV ФОРМИРОВАНИЕ СИЛИЦИДОВ ЖЕЛЕЗА И КОБАЛЬТА
НА ПОВЕРХНОСТИ ОКИСЛЕННОГО КРЕМНИЯ
§4.1 Оксиление поверхности Si( 100)2x1
§4.2 Формирование дисилицида кобальта на поверхности
кремния, окисленного in situ
§4.3 Формирование силицидов железа на поверхности
окисленного кремния
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования.
Базовым материалом современной твердотельной электроники является кремний. Широкое применение в кремниевой технологии находят микроструктуры, созданные на основе тонких пленок силицидов переходных 3с1 металлов. Особый интерес среди них вызывают силициды железа и кобальта, которые благодаря перспективности их практических приложений активно исследуются на протяжении двух последних десятилетий. Так, например, дисилицид кобальта уже используются в качестве межсоединений в сверхбольших интегральных схемах, а полупроводниковый дисилицид железа, имеющий ширину запрещенной зоны 0,85 эВ (что соответствует минимуму поглощения излучения оптическими волокнами) является перспективным материалом для оптоэлектроники. Мощный импульс исследованию силицидов железа дало создание магнитных гетероструктур на основе кремния и изучение механизма возникновения антиферромагнитной связи в трехслойных (Бе/БЕЕе) и многослойных структурах Ее/Бп В последние годы в связи с бурным развитием спинтроники много внимания уделяется сверхтонким слоям ферромагнитного силицида ЕсБ1з, представляющим интерес с точки зрения их использования для инжекции спин-поляризованных электронов в полупроводники.
На поверхности кремния могут формироваться не только стабильные силициды железа и кобальта, но и метастабильные соединения (например, ЕеБ1 со структурой типа СбС1, у-БоБЕ со структурой СаЕ2, сх-БоБь при температурах ниже 1200 К и др.). Образование метастабильных фаз обусловлено близостью постоянных их кристаллических решеток к решетке кремния. Поэтому из-за ориентирующего влияния подложки и кинетического фактора в тонких слоях энергетически более выгодным может оказаться формирование метастабильных соединений

играет роль диффузионного барьера для проникновения атомов Со в кремнй при отжиге образца. Этот барьер ограничивает поток атомов Со, и обеспечивает улучшение качества пленки формируемого дисилицида кобальта. Предположение о том, что окисный слой служит диффузионным барьером в процессе отжига образца и оказывает положительное влияние на процесс силицидообразования высказано и в работе [81]. Однако, в отличие от [79], нанесение кобальта на поверхность окисленного кристалла в данной работе проводилось при 360 °С.
В работе [82] кислород адсорбировался in situ на атомно-чистую поверхность Si( 100)2x1 при комнатной температуре, а толщина нанесенной пленки Со составляла 3 монослоя. Отжиг образца осуществлялся при 480°С. В итоге, на поверхности подложки формировалась однородная пленка дисилицида кобальта. Авторы полагают, что кислород в данном случае действует как сурфактант, и атомы кислорода при нанесении кобальта всплывают на поверхность, понижая ее поверхностную энергию, и это способствует улучшению свойств формируемых пленок CoSij.
Из изложенного следует, что мнения разных авторов о механизме, обеспечивающем улучшение морфологических свойств пленок дисилицида кобальта при наличии в системе третьего элемента -кислорода, расходятся, и вопрос нуждается в дальнейшем изучении. Отметим также, что подобных работ по исследованию влияния кислорода на процесс силицидообразования в случае железа, насколько нам известно, не проводилось. Главной целью исследования тройных систем Fc-0-Si было изучение окислительно-восстановительных реакций [83 - 86].