Формирование и атомное строение наноструктур на поверхностях Si(III) и Si(100)

• Автор: Котляр, Василий Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 271 с. : ил.

ГЛАВА I. УПОРЯДОЧЕННЫЕ “ДВУМЕРНЫЕ” СТРУКТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ. МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Обзор методов исследования поверхности твердого тела (дифракция медленных электронов, электронная оже-спектроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая туннельная спектроскопия)
1.2. Объект и предмет исследования. Атомная структура реконструкций 8і(100)-(2х1) и 8і(111)-(7х7) и приготовление их атомарно-чистой поверхности

1.2.1. Атомная структура реконструкции поверхности 8і(100)-(2х1)

1.2.2. Дефекты на поверхности 8і(100)-(2х1). Процедура приготовления поверхности с минимальным количеством дефектов

1.2.3. Атомная структура реконструкции 8і(111)-(7х7)

1.2.4. Приготовление атомарно-чистой поверхности 8і(111)-(7х7)

1.3. Адсорбция металлов на поверхность кремния. Формирование нанокластеров на поверхности и проблемы их упорядочения в протяженные массивы

1.3.1. Состав поверхностных структур. Количественный СТМ анализ

1.3.2. Формирование нанокластеров на поверхности твердого тела и их упорядочение в кластерные массивы
1.4. Аппаратура и методика проведения экспериментов. Методические вопросы исследования наноструктур на поверхности Бі с помощью СТМ
1.4.1. Сверхвысоковакуумный сканирующий туннельный микроскоп. Процедура получения СТМ изображений
1.4.2. Изготовление вольфрамовых игл для СТМ методом электрохимического травления
1.4.3. Экспериментальные процедуры
1.5. Проблемы исследования наноструктур на поверхности кремния с помощью сканирующей туннельной микроскопии
ГЛАВА II. РОСТ И САМООРГАНИЗАЦИЯ УПОРЯДОЧЕННЫХ МАССИВОВ МАГИЧЕСКИХ НАНОКЛАСТЕРОВ МЕТАЛЛОВ III ГРУППЫ НА ПОВЕРХНОСТИ Si(l 11)
2.1. Роль поверхности при формировании нанокластеров. Магические нанокластеры на подложке Si(l 11)
2.2. Формирование упорядоченных массивов идентичных нанокластеров при адсорбции металлов III группы на поверхность Si(l 11)-(7х7)
2.2.1. Субмонослойная система Ga/Si(l 11)
2.2.2. Субмонослойная система Al/Si(l 11)
2.2.3. Субмонослойная система In/Si(l И)
2.2.4. Субмонослойная система Tl/Si(l 11)
ГЛАВА III. РОСТ И САМООРГАНИЗАЦИЯ УПОРЯДОЧЕННЫХ МАССИВОВ МАГИЧЕСКИХ НАНОКЛАСТЕРОВ МЕТАЛЛОВ III ГРУППЫ НА ПОВЕРХНОСТИ Si(100)
3.1. Металлы III группы на поверхности Si(100)-(2xl)
3.2. Формирование упорядоченных массивов идентичных нанокластеров в субмонослойных системах Me/Si(100)
3.2.1. Субмонослойная система In/Si(100). Атомная структура поверхностной фазы Si(100)-(4x3)-In
3.2.2. Легирование магических нанокластеров в поверхностной фазе Si(100)-(4x3)-In при высокотемпературной адсорбции In
3.2.3. Формирование магических нанокластеров в субмонослойной системе Al/Si(l 00)
3.3. Формирование высокотемпературной границы раздела Al/Si(100)
в режиме насыщения
3.4. Субмонослойная система Ga/Si(100). Атомная структура димеров Ga
3.5. Нанокластеры на поверхности Si(100). Проблемы и перспективы упорядочения нанокластеров на поверхности кремния

ГЛАВА IV. АДСОРБЦИЯ Al НА Si(lll)-(7x7): ФОРМИРОВАНИЕ И АТОМНАЯ СТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТНЫХ ФАЗ
4.1. Поверхностная фаза Si(lll)-(V3xV3)R30°-Al
ф 4.2. Атомная структура поверхностной фазы Si(lll)-(V7xV7)-Al по данным
СТМ и расчетов полной энергии из первых принципов
4.3. Несоразмерная суперструктура в системе Al/Si(l 11): атомная структура
доменных границ в у - фазе Al/Si(l 11)
ГЛАВА V. ПОВЕРХНОСТНЫЕ СЛОИ ТАЛЛИЯ НА Si(l 11) И Si(100)
5.1. Адсорбция таллия на поверхность Si( 111 )-(7х7)
5.1.1. Субмонослойная система Tl/Si(l И)
5.1.2. Атомная структура реконструкции (1x1 )-Т1
ф 5.2. Рост поверхностных слоев таллия на поверхности Si(100) и их
самоорганизация под действием поля
Л 5.2.1. Атомная структура поверхностных фаз (2х2)-Т1 с покрытием
0,25, 0,50 и 0,75 МС
5.2.2. Поверхностная фаза (2х1)-Т1 с покрытием 1 МС
ГЛАВА VI. АДСОРБЦИЯ СУРЬМЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ Si(100)-(2xl)
6.1. Формирование и атомная структура поверхностной фазы с(4х4)
в субмонослойной системе Sb/Si(100)
6.2. Поверхностная шероховатость границы раздела Sb/Si(100) при покрытии адсорбата 1 МС
ГЛАВА VII. РОСТ СВЕРХТОНКИХ СЛОЕВ НИТРИДА КРЕМНИЯ
7.1. Синтез поверхностных слоев нитрида кремния в процессе имплантации
ионов азота низкой энергии в Si(l 11)
^ 7.2. Формирование поверхностных фаз Si-N
7.3. Структуры “кремний на диэлектрике”
^ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Литература
1.3. Адсорбция металлов на поверхность кремния. Формирование нанокластеров на поверхности и их упорядочение в массивы
Установление атомной конфигурации наноструктур, полученных осаждением металлов на поверхность кремния, предполагает установление концентрации всех атомов, участвующих в формировании, и определение их геометрического расположения относительно нижележащей подложки. В этой связи, в разделе рассмотрено современное представление о составе поверхностных структур, анализируются теоретические основы формирования нанокластеров на поверхности и проблемы их упорядочения в совершенные массивы.
1.3.1. Состав поверхностных структур. Количественный СТМ анализ
Концентрацию атомов на поверхности твердого тела принято выражать в монослоях (МС). Покрытие в один монослой соответствует одному адсорбированному атому на ячейку (1x1) идеальной ‘ ‘н ер еконструир о ванной” поверхности. Для поверхностей 81(100) и 81(111) один монослой содержит, соответственно, 6,8 х1014 и 7,8 х1014 атомов адсорбата/см2.
При осаждении атомов адсорбата на поверхность кремния при определенных условиях может происходить формирование упорядоченных поверхностных структур (поверхностных фаз), элементарная ячейка которых содержит определенное количество как атомов адсорбата, так и атомов кремния [201, 25, 245]. Процессы перегруппировки атомов на поверхности могут приводить к структурам со сложной внутренней самоорганизацией, в частности формированию упорядоченных массивов нанокластеров [156, 154]. Применение сканирующей туннельной микроскопии при исследовании таких объектов, как метода “прямого” исследования поверхности, значительно расширяет возможности точного определения покрытия атомов адсорбата и кремния [5]. В этом случае покрытие адсорбата (при субмонослойных покрытиях) можно определить прямым подсчетом максимумов на выбранном участке СТМ изображения поверхностной фазы, структура которой хорошо известна. Например, в случае адсорб-