Влияние субмонослойных металлических пленок на работу выхода полупроводниковых материалов

• Автор: Павлык, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Некоторые обозначения
ГЛАВА 1. Изменение работы выхода полупроводниковых подложек при адсорбции металлических атомов
1.1. Работа выхода как основная макроскопическая характеристика адсорбционной системы
1.2. Взаимодействие атомов в адсорбированных слоях и
его влияние на работу выхода
1.2. Кристаллографическая и электронная структуры чистых граней кремния, арсенида галлия и диоксида титана
1.4. Постановка задачи
ГЛАВА 2. Адсорбция атомов щелочных металлов на кремнии и арсениде галлия
2.1. Формулировка модели
2.2. Адсорбция Ы, 1Ча, К, ЛЬ и Се на Б1 (100)
2.3. Адсорбция Ся на ваАв (100) и К, Шэ и Се на ОаАз(110).. 62 Краткие выводы
ГЛАВА 3. Адсорбция бария и редкоземельных атомов на кремнии и ванадия на диоксиде титана
3.1. Адсорбция Ва на 81(111)
3.2. Адсорбция Бт, Ей и УЬ на 81(111)
3.3. Адсорбция V на ТЮгО 10)
Краткие выводы
ГЛАВА 4. Зависимость зарядов, сдвигов квазиуровней адатомов и времен жизни электрона на адатоме от степени покрытия. Энергетические барьеры для переходов электронов с адатома в
подложку и на соседний адатом (обзор результатов Гл. 2 и 3)
4.1. Зависимость заряда адатома от степени покрытия
4.2. Зависимости сдвигов квазиуровней адатомов и времен жизни электрона на адатоме от степени покрытия
4.3. Оценки высоты энергетических барьеров для перехода электрона с адатома в подложку и
на соседний адатом
ГЛАВА 5. Некоторые вопросы физики субмонослойных металлических покрытий на полупроводниковых
субстратах
5.1. Об условиях появления минимума на зависимости
работы выхода от степени покрытия
5.2 Влияние температуры на адсорбцию редкоземельных атомов на поверхностиSi(111)
5.3 Связь электронного состояния субмонослойной металлической пленки с высотой барьера Шоттки и величиной изгиба зон
5.4. Заряд изолированного адатома в рамках модели связывающих орбиталей Харрисона
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
Незатухающее внимание к изучению адсорбционных процессов обусловлено, в первую очередь, практической ценностью получаемых результатов для технических и технологических приложений. Одновременно, изучение адсорбционного состояния позволяет получить фундаментальную информацию об элементарных физико-химических процессах формирования конденсированных систем. Особый интерес представляют исследования сверхтонких металлических слоев на полупроводниковых подложках, так как в последнее десятилетие стало абсолютно ясно, что барьер Шотгки формируется уже на ранних стадиях нанесения металлической пленки [1].
Интенсивные экспериментальные исследования позволили к настоящему времени накопить огромный массив экспериментальной информации по широкому кругу адсорбционных систем. Для того чтобы правильно ориентироваться в этом массиве данных, необходима теория позволяющая описать, наблюдаемые закономерности и особенности и дающая возможность понять, каковы физические механизмы, к ним приводящие.
Одной из основных интегральных характеристик адсорбционной системы является ее работа выхода ф. Это макроскопическая характеристика в том плане, что при ее измерении никакие микроскопические параметры системы пленка-подложка не определяются. С другой стороны, при расчете ф для той или иной адсорбционной системы необходимо прибегать к микротеории.
Атом, адсорбированный на поверхности твердого тела, можно рассматривать либо как один из компонентов сложной и весьма специфической «молекулы», либо как примесь, находящуюся в сугубо асимметричном положении относительно других атомов системы. В силу этого, в настоящее время широкое распространение получили три подхода к расчету электронной структуры адатома: квантовохимический кластерный метод, приближение функционала плотности и метод модельных гамильтонианов. Каждый из этих методов имеет свои преимущества. Первые
На рис.2.1 изображены места наиболее вероятной адсорбции на поверхности 81(001)-2х 1 с асимметричными диполями (см., например, [69]). Элементарная ячейка 2x1 изображена пунктиром. Адсорбционная позиция НН называется «пьедесталом», ТЗ - «мостом через долину», Т4 - «пещерой», В2 - «мостом между димерами», НВ - «димерным мостом». В настоящее время большинство исследователей полагает, что местами адсорбции атомов Ыа, К и Сэ являются позиции ТЗ и НН. (Трудность теоретического определения той или иной адсорбционной позиции заключается в малой (-0.01 эВ/атом) энергетической разнице между ними). Монослойному покрытию соответствуют два атома щелочного металла, приходящиеся на одну поверхностную ячейку 2x1 (модель двойных слоев Абукавы - Коно [97]), когда заполнены все позиции ТЗ и НН. Следует, однако, отметить, что в случае адсорбции 1л и низкотемпературной адсорбции № и Се возможна и другая геометрия адсорбированного слоя [97]. Что же касается природы связи щелочного металла с кремниевой подложкой, то споры о том, ковалентная эта связь или ионная, не являются специфической проблемой адсорбции щелочных металлов на кремнии, а восходят к работам Ишиды по адсорбции на металлах (см. [97]). Представляется, что кажущаяся существенной разница в описании связи адатом-адсорбат как поляризованной ковалентной или гетерополярной (ионной) возникает вследствие плохо определенного понятия эффективного заряда адатома. Поскольку адсорбция щелочных металлов на полупроводниковых поверхностях приводит к существенному понижению работы выхода адсорбционной системы (см. ниже), логично считать связь адатом-адсорбат именно гетерополярной. Эта связь образуется за счет частичного перехода электрона от адатома щелочного металла на полузаполненную оборванную орбиталь кремния.
Расчет заряда адатома и изменения работы выхода проводился по схеме, описанной в п.2.1. Выбор параметров осуществлялся следующим образом.