Электрический транспорт в упорядоченных и неупорядоченных поверхностных системах Si(III)/Cr, Si(III)/Fe и Si(III)/Mg

• Автор: Горошко, Дмитрий Львович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 110 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Электрическая проводимость по поверхности кремния и системе металл-
кремний
1.1 Поверхностные сверхструктуры и двумерные электронные системы. Поверхностные энергетические зоны
1.2 Формирование упорядоченных поверхностных фаз Сг, Ре и М£ на 81(111)
1.3 Влияние поверхностных фаз Ag и Аи на проводимость по поверхности кремния
Выводы
Глава 2. Методы исследования, аппаратура и методики
2.1 Методы исследования
2.1.1 Электронная оже-спектроскопия
2.1.2 Дифракция медленных электронов
2.1.3 Методы электрофизических измерений
2.1.4 Дифференциальная отражательная спектроскопия
2.2 Экспериментальная аппаратура
2.2.1 Сверхвысоковакуумная установка с автоматизированной приставкой для измерения эффекта Холла
2.2.2 Сверхвысоковакуумная установка УАШАЛ
2.3 Методики и схемы экспериментов
2.3.1 Подготовка образцов и источников
2.3.2 Схемы экспериментов
2.3.3 Расчет параметров пленок с учетом шунтирующего влияния подложки
Глава 3. Электрические свойства неупорядоченных поверхностных структур Сг, Ее, Мй на 81(111)
3.1 Проводимость на окисленных и атомарно-чистых поверхностях кремния п- и р-типа.
3.2 Формирование и проводимость неупорядоченных слоев Ре на 81(111) п- и р-типа
3.3 Электрический транспорт неупорядоченных слоев Сг на 81(111) п- и р-типа.
3.4 Начальные стадии роста и проводимость магния на 81(111)
Глава 4. Электрический транспорт в упорядоченных поверхностных фазах 81(111)-
Сг, 81(111)-Ее и
4.1 Механизмы проводимости в кремнии с атомарно-чистой поверхностью
4.2 Влияние поверхностной фазы 8і(111)7х7-Сг на проводимость атомарно-чистого кремния
4.3 Механизм проводимости в поверхностной фазе 8і(111)Л/Зх''/3/30°-Сг
4.4. Механизм проводимости в поверхностной фазе 8і(111)2х2-Ре
4.5 Влияние поверхностной фазы 8і(11 l)Зxl-Mg и (2/зVЗx2/ЗVЗ)/300-Mg на проводимость
атомарно-чистого кремния
Основные результаты работы
Приложения
Список литературы
Введение
Развитие современной кремниевой планарной технологии сопровождается с одной стороны уменьшением пространственных размеров составляющих интегральных микросхем, а с другой - расширением элементной базы. В связи с этим существенный интерес представляют узкозонные (0.35-0.87 эВ) кремнийсодержащие материалы -силициды переходных металлов, которые могут обладать как металлическим, так и полупроводниковым типом проводимости [1,2,3,4,5]. Пригодность их для использования в новых тонкопленочных приборах обеспечивается также тем, что на кремнии они могут быть выращены эпитаксиально [6,7,8,39]. При уменьшении толщины эпитаксиальных слоев до единиц нанометров материалы становятся двумерными и в них начинают проявляться новые электрические и оптические свойства. Поверхностные фазы металлов на кремнии являются новыми двумерными материалами, свойства которых недостаточно широко изучены. Поэтому исследование процессов формирования и свойств поверхностных фаз металлов на кремнии является актуальной задачей.
На поверхности кремния его атомы и атомы адсорбированных металлов претерпевают существенную структурную перестройку, что обеспечивает уменьшение их свободной энергии. Это ведет к образованию множества поверхностных сверхструктур, которые не могут существовать в объемном виде [13]. Из-за нарушения периодичности (а значит и потенциала) кристаллической решетки в направлении, перпендикулярном поверхности, изменяется энергетическая структура такой системы. Поэтому следует ожидать, что поверхностные фазы металлов на кремнии будут обладают собственными электронной и атомной структурой, обусловленной реконструкцией кремниевой поверхности, что тесно связано с электрическими и оптическими свойствами. Транспортные свойства поверхностных фаз зависят от их двумерной энергетической структуры и в ряде случаев наблюдается проводимость по двумерной поверхностной энергетической зоне. Так например, экспериментально доказано, что осаждение субмонослойных покрытий серебра или золота на поверхностную фазу 81(111 (-^УЗх^З-Ай приводит к формированию двумерного адатомного газа, который поставляет носители заряда в поверхностную энергетическую зону, тем самым существенно (на 20%) увеличивая проводимость [17].
анализа элементного состава. Низкоэнергетические оже-электроны сильно поглощаются уже в одном монослое вещества и могут испускаться только из нескольких поверхностных слоев. Таким образом, метод оже-спектроскопии является методом анализа элементного состава тонкой приповерхностной области толщиной 0,5 -г 2,0 нм. Это свойство, а также быстрота получения информации, высокая чувствительность, возможность получения сведений обо всех элементах на поверхности с атомным номером Z > 2, о состоянии и количестве этих элементов делают метод оже-электронной спектроскопии весьма эффективным средством исследования. Поскольку оже-спектроскопия - двухэлектронная спектроскопия, полученные с ее помощью результаты значительно труднее интерпретировать, чем данные по одноэлектронной фотоэлектронной спектроскопии.
В основе метода ОЭС лежат процессы ионизации внутренних атомных уровней первичным электронным пучком, безызлучательный оже-преход и выход оже-электрона в вакуум, где он регистрируется с помощью электронного спектрометра. Оже-переход возникает при возбуждении внутреннего уровня, в результате заполнения образовавшейся вакансии одним из электронов с вышележащих уровней. Высвобожденная при этом энергия может быть передана другому электрону с любого уровня. При этом электрон, которому передан излишек энергии, с определенной вероятностью может выйти в вакуум. В зависимости от уровней, участвующих в процессе, возможен целый ряд оже-переходов: KLL, КММ, LMM, LVV и т.д. (Рис. 2.1). Энергия оже-электронов определяется только схемой энергетических уровней данного атома и не зависит от энергии падающего пучка: Ewxz - EW(Z) - Ex(Z) - EY(Z) + А - фа, (2. 1)
где фа - работа выхода анализирующего электрода спектрометра; Z - атомный номер анализируемого элемента; W, X, Y - уровни, участвующие в оже - переходе; А - член, зависящий от локального химического окружения атома в твердом теле и от его конечного состояния.
Анализ формы оже - пиков на кривой энергетического распределения электронов, их энергетического положения и интенсивности дает информацию об электронной структуре образца и его элементном составе. Форма оже - пиков и их энергетическое положение зависят от химического окружения, особенно это касается оже - переходов с участием валентных электронов. В случае сильной химической связи между атомами наблюдается энергетический сдвиг положения Соответствующего оже - пика из-за перераспределения электронов на внешних оболочках. Форма оже - пика зависит от