Атомная структура поверхности GaAs(001)-4х2 при малой степени покрытия йодом

• Автор: Веденеев, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Общие сведения

1.1.1 Терминология и список сокращений

1.1.2 Реконструкция и релаксация поверхности

1.2 Реконструкция поверхности ОаАя(ООІ)

1.2.1 Атомная структура кристалла ОаАБ

1.2.2 Формирование поверхности ОаАьСООІ)

1.2.3 Реконструкция СаАз(001)-с(4Х4)

1.2.4 Реконструкция ОаА5(001)-2Х4/с(2Х8)

1.2.5 Реконструкции ОаА$(001)-пХ6

1.2.6 Реконструкция СаА5(001)-4Х2/с(8Х2)

1.2.7 Реконструкция 0(4X6)
1.3 Взаимодействие галогенов с поверхностью СаА$(001)
1.3.1 Общие закономерности взаимодействия галогенов с поверхностью
1.3.2 Взаимодействие ХеР2 с поверхностью ОаАз(ООІ)
1.3.3 Взаимодействие С12 с поверхностью ОаАз(ООІ)
1.3.4 Взаимодействие Вг2 с поверхностью ОаАяІООІ)
1.3.5 Взаимодействие 12 с поверхностью ОаА5(001)
1.4 Выводы к главе 1 и постановка задачи
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА, МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1 Экспериментальная установка
2.2. Измерение температуры
2.3 Процедура подготовки поверхности СаА$(001)-4х2
2.4 Методика эксперимента и методы измерений
2.4.1 Методика эксперимента
2.4.2 Электронная оже-спектроскопия
2.4.3 Термодесорбционная спектроскопия
2.4.4 Дифракция медленных электронов
2.4.5 Сканирующая туннельная микроскопия
ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО ЙОДА С ПОВЕРХНОСТЬЮ ОАА8(001)-4х2
3.1 Адсорбция молекулярного йода на поверхность СаА$(001)-4х2
3.2. Десорбция йода с поверхности СаАз(001)-4х2
3.3 Выводы к главе
ГЛАВА 4. АТОМНАЯ СТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ САА8(001)-4х2

4.1 Структура атомно-чистой поверхности СаА5(001)-4х2
4.2 Структура СаА8(001)-4х2 при низкой степени покрытия атомами йода
4.2.1 Заполненные состояния
4.2.2 Свободные состояния
4.3 Выводы к главе
ГЛАВА 5. АДСОРБЦИОННЫЕ ЦЕНТРЫ ПОВЕРХНОСТИ САА5(001)-4х2 ДЛЯ АТОМОВ ЙОДА
5.1 Параметры сканирования
5.2. Центры зародышеобразования
5.3 Формирование хемосорбированного слоя йода
5.3.1. Низкая концентрация «духов»
5.3.2 Высокая концентрация «духов»
5.4. Структура насыщенного монослоя йода (в= 1.0)
5.5. Выводы к главе
ГЛАВА 6. УПРАВЛЕНИЕ АТОМНОЙ СТРУКТУРОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОААв(001)
6.1 Десорбция йода
6.2 Результирующие атомные структуры СаА$(001)
6.3 Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Кристалл GaAs является основным материалом СВЧ, оптической и спиновой электроники. Исследования атомной структуры и электронных свойств его поверхностей интенсивно ведутся на протяжении нескольких десятилетий. В течение этого времени также совершенствовались сверхвысоковакуумные (СВВ) технологии роста кристаллов. На настоящий момент молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) позволяет получать GaAs высокой чистоты, тем не менее, точные данные об атомных структурах даже основных граней кристалла отсутствуют. Это связано с тем, что в зависимости от условий роста или последующей обработки зависит отношение концентраций атомов Ga и As в приповерхностном слое образца, поэтому на одной и той же грани может формироваться несколько устойчивых сложных атомных структур (реконструкций), с разным отношением As/Ga. Такая ситуация особенно актуальна для полярных граней кристалла, в частности (001), которая является основной поверхностью для производства приборов на основе GaAs. Тип реконструкции GaAs(OOl) определяет электронные свойства приповерхностного слоя и химическую активность поверхности. Поэтому существенный научный и технологический интерес заключается в получении точных данных об атомных структурах, формируемых на этой грани, определении их предпочтительных центров адсорбции и описании процессов формирования различных поверхностных структур на атомном уровне.
В настоящей работе представлены результаты исследования взаимодействия GaAs(001)-4x2 с молекулярным йодом. Эта реакция помимо изучения химических свойств и атомной структуры поверхности GaAs(OOl)-4x2 интересна тем, что йод является перспективным реагентом для управления атомной структурой поверхности GaAs(OOl) путем изменения отношения As/Ga в приповерхностном слое. Известно, что термическое удаление (нагрев до 300 °С) насыщенного хемосорбированного монослоя (MC) йода с Ga-стабилизированной поверхности GaAs(001)-4x2 приводит к

указанных спектрометров реализованы два метода анализа элементного состава поверхности образца: электронная оже-спектроскопия и
термодесорбционная спектроскопия. В модуле ДМЭ установлен трехсеточный дифрактометр медленных электронов (VG RVL-17), который использовался для экспресс-анализа атомной структуры изучаемой поверхности. Для изучения локальной атомной структуры поверхности использовался сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), находящийся в СТМ-камере. СТМ камера также была оснащена системой напуска газов, что позволяло изучать адсорбцию йода на поверхности образца непосредственно в микроскопе. Аналитическая камера и камеры с СТМ и ДМЭ имеют независимые системы откачки, включающие в себя магнито-разрядный и титановый сублимационный насосы. Такая конфигурация позволяет поддерживать в камерах при проведении экспериментов базовое давление Р = 1ТО'10 Topp.
Поток молекулярного йода подводился к поверхности образца из капилляра, находящегося на расстоянии 22 мм. Давление молекулярного йода в пучке вблизи поверхности при напуске составляло 10"8 - 10'9 Topp. Степень покрытия поверхности йодом определялась посредством ЭОС или по СТМ-изображению. Время, необходимое для создания требуемой степени покрытия, определялось из кривой адсорбции.
2.2. Измерение температуры
Измерение температуры образца проводилось посредством термопары
хромель-алюмель, расположенной на приемнике держателя образца в аналитической камере. Так как термопара не находилась непосредственно на образце, измеряемая температура отличались от температуры поверхности образца. Калибровка была проведена следующим образом. На рис.2.2а приведен спектр термодесорбции (ТД) окисла поверхности GaAs(OOl), записанный при скорости нагрева 1 °С, обратная связь осуществлялась по показаниям термопары (нижняя шкала на рис.2.2а).