Атомные реконструкции и электронные свойства поверхностей полупроводников A3B5 с адсорбатами

• Автор: Терещенко, Олег Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 281 с. : ил.

Список сокращений и обозначений
НС1-ИПС

СХПЭЭВР

Б, Ъ, кЬ

Раствор хлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте
Атомарный водород
Молекулярно-лучевая эпитаксия
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов
высокого разрешения
Фотоотражение
Электроотражение
Спектроскопия анизотропного отражения
Электронная оже-спектроскопия
Атомно-силовая микроскопия
Сканирующая туннельная микроскопия
Отрицательное электронное сродство
Дифракция медленных электронов
Дифракция быстрых электронов
Ультрафиолетовая фотоэмиссия
Поверхностное состояние
Температура
Зона проводимости
Валентная зона
Энергия связи
Кинетическая энергия
монослой
Доза экспонирования, Ленгмюр, 103 Ь Ширина запрещенной зоны Поверхностный изгиб зон Толщина слоя
Содержание
Введение
Глава 1. Приготовление реконструированных поверхностей соединений А3В5: пассивация поверхности, реконструкции и электронные свойства
1.1 Химические способы получения атомарно-чистых поверхностей А3В
1.2 Методика эксперимента
1.2.1 Образцы и методы исследования
1.2.2 Методика приготовления поверхностей соединений А3В5 химической обработкой в растворе НС1 в изопропиловом спирте
1.2.3 Морфология поверхностей соединений А3В5 после химической обработки в растворе НС1-ИПС
1.2.4 Высоковакуумные исследовательские установки
1.3 Удаление собственных оксидов с поверхностей соединений А3В5 химической обработкой в растворе НС1 в изопропиловом спирте
1.3.1 Формирование пассивирующего слоя мышьяка на поверхностях соединений III-As: GaAs:(001), (111 )А,В, (110); InAs(001), InAs( 111 )А,В; InGaAs( 100).
1.3.2 Состав поверхности соединений III-P после обработки
в растворе НС1-ИПС
1.3.3 Состав и остаточные загрязнения на поверхности соединений ІІІ-Sb после обработки в растворе НС1-ИПС
1.3.4 Низкотемпературная методика очистки поверхностей III-N(OOOl)
1.4 Стехиометрия, структура и оптические свойства поверхностей А3В
1.4.1 Стехиометрия, структура и оптические свойства поверхностей III-As
1.4.2 Стехиометрия, структура и оптические свойства поверхностей III-P
1.4.3 Структура поверхностей ІІІ-Sb
1.4.4 Структура поверхности GaN(OOOl)
1.4.5 Активирование поверхности GaN(OOOl) цезием и кислородом
1.5 Основные результаты и выводы к главе
Глава 2. Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью GaAs(OOl)
2.1 Взаимодействие AB с поверхностью GaAs(OOl)
2.2 Методика эксперимента
2.3 Низкотемпературный метод приготовления атомарно чистой поверхности GaAs(OOl) в атомарном водороде
2.3.1 Состав и стехиометрия поверхности GaAs(OOl)
2.3.2 Реконструкции "вспять": низкотемпературный метод приготовления Ga-стабилизированных поверхностей GaAs(OOl)
обработкой в атомарном водороде
2.3.3 Изменение работы выхода
2.3.4 Обсуждение результатов: стехиометрия и реконструкции
на поверхности СаАБ(001)
2.3.5 Новые Оа-стабилизироваиные реконструкции (4x4) и (2х4)/с(2х8) на поверхности СаАз(001)
2.4 Водород-индуцированный низкотемпературный переход от Аз- (2х4)/с(2х8) к ва-стабилизированной (2х4)/с(2х8) поверхности
2.5 Пассивация поверхностных состояний атомарным водородом
на поверхности ОаАз(ООІ)
2.6 Обратимые изменения уровня Ферми и фотоэдс на поверхности ОаАз(ООІ)
2.7 Основные результаты и выводы к главе
Глава 3. Структурные и электронные свойства поверхности ОаАз(ООІ) с
адсорбированными атомами щелочных металлов
3.1 Адсорбция цезия на реконструированные поверхности
ОаАь(ООІ)- (2х4)/с(2х8) и (4х2)/с(8х2)
3.1.1 Методика эксперимента
3.1.2 Кинетика адсорбции Сэ на поверхности ОаАз(ООІ)
3.1.3 Изменение структуры поверхности СаАз(001) при адсорбции цезия
3.1.4 Снижение энергии связи атомов мышьяка на поверхности СаАз(001)-(2х4)/с(2х8) под влиянием адсорбированного цезия
3.2 Сурфактантные свойства цезия на поверхности ОаАз(ООІ)
3.2.1 Методика эксперимента
3.2.2 Изучение роста СаАз(001) методом МЛЭ в присутствии Сэ
3.3 Коллективные возбуждения электронной подсистемы в слое цезия на поверхности арсенида галлия
3.3.1 Методика эксперимента
3.3.2 Возбуждение плазменных колебаний в 2В цезиевых кластерах на поверхностях ваАв различной ориентации
3.4 Переход диэлекгрик-металл в системе
щелочной металл-поверхность ОаАз(ООІ)
3.4.1 Методика эксперимента
3.4.2 Изучение адсорбции Сб при низкой температуре на поверхность ОаАз(ООІ) методом фотоэмиссии
3.4.3 Кинетика адсорбции калия и натрия на поверхности СаАь(001)
3.4.4 Формирование металлической фазы К и № при низкой температуре
3.4.5 Переход металл-изолятор в системе щелочной металл/СаА8(001), индуцированный прогревами до комнатной температуры

Температура ( °С)

Температура ( °С)
Рис. 1.9 (а): Отношение интенсивностей фотоэмиссионных линий Оа2р/Аз2р на
поверхности ОаАз(001) после обработки в растворе НС1-ИПС с различной концентрацией НС1 (закрытые символы) и последующего прогрева при Т=450°С, при котором возникает Аэ-стабилизированная поверхность (2х4)/с(2х8) (открытые символы).
(Ь): Отношение интенсивностей фотоэмиссионных линий СаЗё/АэЗс! после обработки в растворе НС1-ИПС поверхности ОаАз(001) покрытой собственными оксидами (треугольник), после прогрева при Т=450°С (кружок) и последующей обработкой в НС1-ИПС без контакта с воздухом (квадратик).
В связи с этим, все обработки соединений А3В5 (за исключением 1пР (§1.3.2)) проводились в концентрированном растворе НС1-ИПС. Для ответа на вопросы об источнике мышьяка и происходит ли травление кристалла арсенида галлия в концентрированном растворе НС1-ИПС, был проведен следующий эксперимент. Поверхность ОаАзВЮ 1) обрабатывалась в растворе НС1-ИПС и прогревалась в вакууме при Т=450°С для получения Лэ-стабилизированной поверхности (2х4)/с(2х8). Отношение интенсивностей фотоэмиссионных линий ЛзЗ(1/ОаЗс1 после этих процессов представлены на рис. 1.9 (Ь). Далее, образец выгружался в химический бокс без контакта с воздухом, где вновь обрабатывался в растворе НС1-ИПС. Затем образец загружался в СВВ спектрометр для проведения РФЭС измерений. Из рис. 1.9 (Ь) видно, что отношение АэЗб/ОаЗё существенно выше для начальной поверхности, обработанной в растворе НС1-ИПС. Изучение состава от времени обработки поверхности Ая-(2х4)/с(2х8) не выявило накопление элементного мышьяка на поверхности. Покрытие поверхности Аз-(2х4)/с(2х8) элементным мышьяком составляло с1~-0.3-0.5 МС. Отсюда следуют два вывода. Во-первых, основным