Атомные реконструкции и электронные свойства поверхностей полупроводников A3B5 с адсорбатами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

005533750

&.

Терещенко Олег Евгеньевич

АТОМНЫЕ РЕКОНСТРУКЦИИ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В5 С АДСОРБАТАМИ

Специальность 01.04.10 (Физика полупроводников)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

2 6 СЕН 2013

Новосибирск - 2013

005533750

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики полупроводников им. A.B. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук

Научный консультант:

Альперович Виталий Львович, доктор физико-математических наук, в.н.с.,

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. A.B. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук

Официальные оппоненты:

Ольшанецкий Борис Зейликович, доктор физико-математических наук, в.н.с.,

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. A.B. Ржанова СО РАН

Бухтияров Валерий Иванович, член-корреспондент РАН, доктор химических наук,

профессор, зам. директора, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Бореского Сибирского отделения РАН

Иванов Сергей Викторович, доктор физико-математических наук, профессор, г.н.с.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт имени А.Ф.Иоффе РАН

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет

Защита состоится «22» октября 2013 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.003.037.01 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики полупроводников им. A.B. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 630090, Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физики полупроводников им. A.B. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук

Автореферат разослан «11» сентября 2013 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук

Погосов Артур Григорьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Развитие методов управления составом и атомной структурой поверхностей полупроводниковых соединений А3В5 с адсорбатами в условиях сверхвысокого вакуума представляет как научный, так и практический интерес. Научный интерес состоит в углублении понимания процессов формирования границ раздела на атомном уровне и изучении связи атомной структуры и электронных свойств поверхности. Практическая значимость связана с необходимостью совершенствования методов приготовления атомарно-чистых поверхностей полупроводниковых соединений А3В5 и поверхностей с адсорбатами с заданным составом, атомной структурой и электронными свойствами для создания приборов полупроводниковой оптоэлектроники. К моменту начала данной работы достаточно хорошо были изучены структурные и электронные свойства поверхностей А3В5 с ориентацией (110), получаемых сколом в сверхвысоком вакууме, и поверхностей других ориентации, приготовляемых с использованием технологии молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). В исследовательских сверхвысоковакуумных (СВВ) установках без молекулярных источников, возможности получения различных реконструкций поверхностей А3В5 более ограничены. Для практически важных поверхностей с ориентацией (001), единственным способом приготовления поверхности с различными реконструкциями долгое время оставался метод десорбции защитного слоя элемента V группы. Возможность получения структурно-упорядоченных поверхностей А3В5 с помощью химической обработки ex situ и прогрева в вакууме в отсутствие потоков элемента пятой группы изучена существенно слабее. В частности, на таких поверхностях не удавалось наблюдать сверхструктурные перестройки, ранее обнаруженные на поверхностях А3В5, приготавливаемых с использованием МЛЭ. Реконструированные поверхности InAs(lll)A и GaAs(OOl) после химического удаления оксидов и прогрева в вакууме впервые были получены в Институте физики полупроводников СО РАН [1,2]. После химической обработки арсенида галлия в безводном растворе хлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте (НС1-ИПС) в инертной атмосфере азота и прогрева в СВВ был получен весь ряд реконструкций на поверхности GaAs(OOl) [2]. Тем не менее, вопросы о механизме формирования пассивирующего слоя мышьяка при химической обработке в НС1-ИПС, о влиянии этой обработки на морфологию поверхности GaAs(OOI), а также о возможности приготовления реконструированных поверхностей GaAs других

кристаллографических ориентации оставались невыясненными. Для других полупроводниковых соединений А3В5 возможность приготовления структурно-упорядоченных поверхностей без использования техники МЛЭ не изучалась.

Альтернативным методом приготовления атомарно-чистых поверхностей А3В5 является обработка поверхности полупроводника in situ в атомарном водороде (АВ). Большинство работ по изучению взаимодействия АВ с поверхностью GaAs(OOl) посвящено изучению состава поверхности и электронных свойств [3]. Структура поверхности GaAs(OOl) при обработке в АВ изучена в меньшей степени, а имеющиеся результаты не дают полного представления о взаимосвязи между условиями обработки, составом поверхности и её структурой.

Сложность в изучении адсорбции на полярных гранях полупроводников А3В5 связана с тем, что в зависимости от соотношения элементов III и V групп в приповерхностном слое наблюдается большое число реконструкций [2,4]. В зависимости от ориентации и стехиометрии поверхности, при взаимодействии с щелочными металлами и молекулярными галогенами наблюдается формирование упорядоченных структур на одних поверхностях, тогда как другие поверхности разупорядочиваются [5,6]. В связи с этим, остаются актуальными вопросы о влиянии стехиометрии и атомной реконструкции исходной поверхности GaAs(OOl) на эволюцию структурных и электронных свойств поверхности при адсорбции электроположительных (на примере цезия) и электроотрицательных (йода) адсорбатов, о влиянии адсорбат-индуцированной передачи заряда на ослабление связей поверхностных атомов, а также о природе перехода изолятор-металл в системе щелочной металл-поверхность полупроводника.

При создании гетероструктур для научных исследований и приборов наноэлектроники необходимо развивать не только методы атомно-слоевого выращивания, но и атомно-слоевого травления полупроводников. Известные методы травления предельно-тонких слоев полупроводников основаны на их контролируемом окислении и последующем растворении слоя оксида, толщина которого определяется режимом окисления. Предельное разрешение этих методов по толщине не превышает 2-3 ML. Методы сухого (газофазного) травления, такие как реактивное ионное и ионно-пучковое травление, широко используемые в технологии изготовления полупроводниковых структур, не позволяют контролировать травление на атомном уровне. Атомно-слоевое («цифровое») травление может быть реализовано на полярных гранях бинарных полупроводниковых соединений А3В5 путём использования адсорбатов, селективно

4

реагирующих с поверхностными атомами разных столбцов таблицы Менделеева и уменьшающих энергию связи определенных поверхностных атомов подложки. С другой стороны, уменьшение энергии связи поверхностных атомов должно приводить к увеличению коэффициента поверхностной диффузии. Известно, что увеличения коэффициента поверхностной диффузии можно достичь с помощью сурфактантов - поверхностно-активных веществ, которые изменяют условия роста, но сами не встраиваются в растущий кристалл, сегрегируя на поверхность. Примером эффективного сурфактанта служит атомарный водород, позволяющий значительно снизить температуру роста GaAs без потери структурного качества растущей пленки [7]. Еще более выраженные сурфактантные свойства можно ожидать у цезия: имея один валентный электрон и большой ковалентный радиус, Cs не может встроиться в решетку, а высокий коэффициент диффузии и эффект Cs-индуцированного перераспределения заряда должен приводить к уменьшению энергии связи поверхностных атомов подложки и, следовательно, к увеличению их коэффициента диффузии. Идея, лежащая в основе использования сурфактантов, может быть применена как для низкотемпературного роста полупроводников, так и низкотемпературного приготовления структурно-упорядоченных поверхностей.

Возможность управления составом и структурой поверхностей А3В5 используется для оптимизации границы раздела (Cs-0)/A3B5 [8]. Интерес к изучению границ раздела (Cs-0)/A3B5 обусловлен возможностью достижения эффективного отрицательного электронного сродства и создания сверхчувствительных, малошумящих, быстродействующих фотоприемников, а также источников ультра-холодных и спин-поляризованных электронов [9]. Помимо источников спин-поляризованных электронов, востребованными являются детекторы спин-поляризованных электронов [10]. Недостатком известного детектора Мотга является громоздкость и необходимость использования высоких напряжений (до ~ 100 кэВ). Компактной альтернативой детектору Мотта может стать магнитный барьер Шоттки на основе структуры Fe/GaAs [11].

Таким образом, развитие методов контролируемого изменения физико-химических свойств поверхностей полупроводников А3В5, заключающихся в управлении составом и структурой поверхности, как с помощью «ех situ» методов модификации поверхности («жидкой химии»), так и «in situ» (адсорбат-индуцированного изменения поверхностных реконструкций в вакууме), актуально для решения научных задач в области физики поверхности и создания ряда полупроводниковых приборов.

Цель данной работы заключалась в изучении физико-химических процессов, лежащих в основе приготовления атомарно-чистых, структурно-упорядоченных (реконструированных) поверхностей А3В5 без использования молекулярных пучков и в исследовании атомной структуры и электронных свойств поверхности GaAs(OOl) с различными адсорбатами. В качестве адсорбатов использовались цезий, калий, натрий, атомарный водород, йод, кислород и железо.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

• исследовать возможность приготовления реконструированных поверхностей полупроводников А3В5 путём химической обработки ex situ и последующего прогрева в вакууме без использования молекулярных пучков;

• изучить возможность in situ получения реконструированных поверхностей GaAs(OOl) низкотемпературной обработкой в атомарном водороде;

• изучить взаимодействие цезия с As- и Ga- стабилизированными поверхностями GaAs(OOl), переход изолятор-металл в системе щелочной Meran.i-GaAs(001), а также исследовать возможность использования цезия в качестве сурфактанта при низкотемпературном росте арсенида галлия;

• изучить взаимодействие йода с поверхностью GaAs(OOl) и осуществить прецизионное («цифровое») травление поверхности GaAs(OOl) с точностью до 1 монослоя, используя селективность взаимодействия Cs и I с поверхностными атомами мышьяка и галлия;

• изготовить магнитный барьер Шоттки на основе гетероструктуры Pd/Fe/GaAs(001) и изучить спин-зависимый транспорт электронов в такой структуре с возможностью электрической и оптической регистрации спина электронов.

Объекты и методы решения. В качестве объектов исследования использовались объёмные монокристаллы и эпитаксиальные структуры на основе полупроводниковых соединений А3В5. Структуры были выращены в Институте физики полупроводников СО РАН методами жидкофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии. Состав и стехиометрия поверхности полупроводников изучались методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), спектроскопии характеристических потерь энергии электронов высокого разрешения (СХПЭЭВР), фотоэмиссии с использованием синхротронного излучения. Структура поверхности изучалась методами сканирующей туннельной

микроскопии (СТМ), атомно-силовой микроскопии (АСМ), дифракции медленных (ДМЭ) и быстрых электронов (ДБЭ). Электронные свойства поверхностей А3В5 с адсорбатами изучались методами спектроскопии фотоотражения, СХПЭЭВР, фототока, фотолюминесценции, спектроскопии анизотропного отражения, квантового выхода фотоэмиссии. Встроенные электрические поля определялись методами фото- и электроотражения.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложен и реализован метод создания реконструированных поверхностей полупроводниковых соединений А3В5, альтернативный методу молекулярно лучевой эпитаксии. Обнаружены и исследованы сверхструктурные перестройки, соответствующие анионным и катионным фазам на поверхностях полупроводниковых соединений А3В3, приготовленных путём химического удаления оксидов в безводном растворе хлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте и прогрева вакууме в отсутствие потоков элементов V группы. Эта методика является универсальной для полупроводников А3В5 и позволяет получать поверхности, не уступающие по качеству поверхностям, выращиваемым методом МЛЭ.

2. Обнаружены и исследованы новые Ga-стабилизированные реконструкции (4x4) и (2х4)/с(2х8), полученные путём низкотемпературной обработки в атомарном водороде поверхности GaAs(OOl), покрытой оксидами.

3. Обнаружен и объяснен эффект Cs-индуцированного уменьшения температуры перехода от As-стабилизированной GaAs(001)-(2x4)/c(2x8) к Ga-стабилизированной поверхности (4х2)/с(8х2). На основе селективного взаимодействия электроположительных атомов цезия и электроотрицательных атомов йода с анион- и катион-стабилизированными поверхностями GaAs(OOl) реализовано атомно-слоевое травление поверхности (001) арсенида галлия.

4. Обнаружено, что при адсорбции щелочных металлов (К, Na) на поверхность GaAs(OOl) при температуре ниже 200 К и 9а1к~0.5 ML происходит динамический фазовый переход диэлектрик-металл первого рода. Показано, что спектры потерь энергии электронов в системе Cs/GaAs не зависят от ориентации и структуры поверхности и связаны с конденсацией адатомов цезия в плотноупакованные двумерные островки с металлическим спектром электронных возбуждений.

5. Обнаружены и исследованы сурфактантные свойства цезия. Предложено использовать Cs в качестве сурфактанта для низкотемпературного роста арсенида

7

галлия.

6. Предложен и реализован новый тип спин-детектора на основе гетероструктуры Pd/Fe/GaAs/InGaAs с квантовыми ямами, позволяющий измерять поляризацию свободных электронов методом катодолюминесценции. С использованием развитой методики приготовления структурно-совершенных поверхностей А3В5, изготовлен магнитный барьер Шоттки для детектирования спина свободных электронов.

Практическая значимость работы.

• Метод получения поверхностей А3В5 с заданной стехиометрией, атомной структурой и контролируемыми электронными свойствами с помощью химической обработки в безводном растворе НС1-ИПС и последующего прогрева в вакууме в отсутствие потоков элементов V группы может быть использован для приготовления поверхностей с заданной стехиометрией и реконструкцией для научных исследований, а также для подложек перед эпитаксиальным ростом, изготовления полупроводниковых приборов.

• Развитый метод приготовления совершенных поверхностей GaAs позволил создать магнитные барьеры Шоттки Fe/GaAs для детектирования спиновой поляризации электронов.

• Низкотемпературный метод приготовления Ga- стабилизированной поверхности GaAs(OOl) в атомарном водороде позволяет минимизировать концентрацию термических дефектов.

• Показано, что цезий может быть использован в качестве сурфактанта для низкотемпературного роста GaAs и других соединений А3В5.

• Селективное взаимодействие щелочных металлов и галогенов с анион- и катион-стабилизированными поверхностями полупроводниковых соединений А3В5 может быть использовано для атомно-слоевого травления полярных поверхностей.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Развитый в работе ex situ метод химической обработки в безводном растворе НС1 в изопропиловом спирте и последующего прогрева в вакууме поверхностей полупроводниковых соединений А3В5 позволяет получать атомарно-чистые, структурно-упорядоченные поверхности с различными реконструкциями без использования молекулярных пучков V группы. Общим свойством для всех

8

изученных соединений А3В5 является удаление собственных оксидов и образование на поверхности пассивирующего слоя. Состав пассивирующего слоя зависит от химического соединения А3В5. Для соединений Ш-Аб (СаА5(001), (111)А,В, (НО); 1пАз(001), (111)А; 1пС}аА5(001)) обработка в НС1-ИПС приводит к образованию пассивирующего слоя элементного мышьяка толщиной 1-3 МС. Для соединений Ш-Р (1пР(001) ОаР(ПО)) и Ш-БЬ (1п8Ь(001), Оа8Ь(001)) происходит пассивация поверхностей этих полупроводников хлоридными соединениями элементов третьей группы. Для всех соединений А3В5 атомарно-чистая поверхность получается прогревом в вакууме в среднем на 200° ниже температуры, необходимой для десорбции собственных оксидов. Прогрев в вакууме соединений А3В5 приводит к последовательности анион- и катион- стабилизированных реконструкций, характерных для этих соединений.

2. Низкотемпературная обработка поверхности СаА5(001), покрытой собственными оксидами, в атомарном водороде и последующий прогрев в вакууме позволяют получить новые Оа-стабилизированные реконструкции (4x4) и (2х4)/с(2х8). Структура ва-(2х4) объяснена расчетами из первых принципов в рамках модели элементарной ячейки (2x4) «йа- смешанный димер». В температурном интервале 280-И20°С получен ряд реконструкций от Оа- до Ая-стабилизированной поверхности СаА5(001). Обработка в АВ приводит к пассивации собственных электронных состояний и откреплению уровня Ферми на поверхности р-ОаАх(001).

3. Эффект снижения на -100° температуры сверхструктурного перехода от Аэ- к Оа-стабилизированной поверхности ОаАэ(001)-(4х2)/с(8х2) под влиянием адсорбированного цезия обусловлен уменьшением энергии связи атомов мышьяка на Аэ-стабилизированной поверхности СаАБ(001) вследствие перераспределения электронной плотности между поверхностными атомами Аэ и нижележащими атомами ва. СБ-индуцированное уменьшение энергии связи поверхностных атомов позволяет использовать цезий в качестве сурфактанта при низкотемпературном росте арсенида галлия.

4. Адсорбция щелочных металлов (К, №) на поверхности СаА5(001) при температуре ниже 200 К и 8^-0.5 МС приводит к динамическому фазовому переходу диэлектрик-металл первого рода. При увеличении концентрации атомов цезия на поверхностях ваАв при покрытиях 6>0.5 монослоя и температуре 300 К происходит переход к конденсированной двумерной

металлической фазе, который сопровождается возникновением дублета узких пиков потерь энергии электронов, обусловленных возбуждением плазмонов в адсорбционном слое. Появление бездисперсионных плазменных потерь связано с динамическим фазовым переходом от газовой фазы атомов цезия к плотноупакованным двумерным островкам с металлическим спектром электронных возбуждений.

5. Селективное взаимодействие электроположительных и электроотрицательных атомов с катион- и анион-стабилизированными поверхностями GaAs(OOl) приводит к атомно-слоевому (цифровому) травлению поверхности GaAs(OOl), контролируемому реконструкционными переходами.

6. Барьеры Шотгки на основе Fe/GaAs(001) позволяют достигать эффективности в детектировании спина электронов F~2-10"5, сравнимой с эффективностью детекторов Мотта. Гетероструктуры Pd/Fe/GaAs/InGaAs с квантовыми ямами могут быть использованы для измерения спиновой поляризации свободных электронов методом катодолюминесценции.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на 2-ой Международной конференции по физике низкоразмерных структур (PLDS-2, Дубна, 1995), на 2-ой, 6-ой, 7-ой, 8-ой и 9-ой Российских конференциях по физике полупроводников (Зеленогорск, 1996, Санкт-Петербург 2003, Звенигород 2005, Екатеринбург 2007, Новосибирск 2009), на 9-ой, 10-ой Международной конференции по поляризованным мишеням и поляризованным пучкам (Urbana, IL, 1997, Новосибирск 2003), на Международной конференции по поляризованным электронам низкой энергии (Санкт-Петербург, 1998), на 9-ой Международной конференции по физике поверхности и тонких плёнок (ICSFS-9, Copenhagen, 1998), 20-ой и 23-ей европейской конференции по физике поверхности (ECOSS) (Краков 2001 г., Берлин 2005), на 7-ой и 9-ой конференциях по арсениду галлия и полупроводниковым соединениям группы III-V (Томск 2002, 2006), на 12-ом, 15-ом, 17-ом Международном симпозиуме «Nanostructures: physics and technology» (Санкт-Петербург 2004, Новосибирск 2007, Минск 2009), на совещании по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники (Новосибирск 2003), на 7-м российско-японском семинаре по физике поверхности полупроводников (Владивосток 2006 г.), на Международной конференции по ультрафиолетовому излучению и взаимодействию излучения с конденсированным веществом (Иркутск

2005), на 12-ой и 13-ой Международной конференции по формированию границ раздела полупроводников (Ваймар 2009, Прага 2011), на 14-ом Европейском семинаре по молекулярно лучевой эпитаксии (Гранада 2007), на 2-ом, 3-ем, 4-ом, 5-ом, 6-ом и 7-ом Международных семинарах по пассивации поверхности полупроводников (Устрон 2001, 2003, 2005, Закопане 2007, 2009, Краков 2011), на 1-ой Всероссийской конференции по методам исследования состава и структуры функциональных материалов (Новосибирск 2009), на Международном семинаре по наномеханике и наноинженерии (Красноярск 2009). Результаты работы докладывались на семинарах в Институте физики полупроводников СО РАН (Новосибирск), Институте физики им. Керенского СО РАН (Красноярск), Эколь Политекник (Палезо, Франция), Орсе (Франция), Триест (Италия), Университетах Тор Вергата (Рим, Италия), Фермон-Клерон (Франция), Хайдельберга (Германия), Хиросимы (Япония).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 работ, из них 36 в реферируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы составляет 281 страницу, включая 130 рисунков и 4 таблицы. Список цитированной литературы содержит 298 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулирована цель работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, изложены выносимые на защиту положения, дана краткая аннотация диссертационной работы.

Первая глава посвящена исследованию состава, структуры и электронных свойств поверхности полупроводниковых соединений А3В5 после химического удаления оксидов и прогревов в сверхвысоком вакууме. Показано, что для всех исследованных соединений А3В5 можно получить структурно-упорядоченную поверхность после обработки в растворе НС1-ИПС и прогревов в вакууме [А1-А15]. Описываются результаты по исследованию стехиометрии поверхности и состава остаточных загрязнений на поверхностях бинарных, и тройных соединений А3В5 различных кристаллографических ориентаций после удаления собственных оксидов

в растворе НС1-ИПС и последующего прогрева в вакууме [А1-А11]. Объяснен механизм формирования пассивирующего слоя мышьяка при химической обработке в растворе НС1-ИПС и влияние этой обработки на морфологию поверхностей III-As. Показано, что источником элементного мышьяка на поверхности является оксид мышьяка. Образующийся слой As на поверхности препятствует взаимодействию ионов хлора с полупроводником и, тем самым, травлению (коррозии) кристалла. В результате формируется атомно-гладкая поверхность полупроводников III-As, покрытая слоем аморфного мышьяка толщиной 1-3 монослоя (MC). При прогревах в вакууме были проведены детальные исследования стехиометрии, структуры и оптических свойств поверхностей GaAs ориентации (111)А, В, (110); InAs (001), (111)А,В, а также тройных соединений InGaAs(OOl) (х=0.2, 0.5) [A4, А7]. Впервые получен весь ряд реконструкций на поверхностях InAs и GaAs ориентации (001) и (111)А,В после удаления собственных оксидов в растворе НС1-ИПС и прогрева в СВВ (табл.1).

Методами фотоэлектронной спектроскопии с использованием синхротронного излучения и СТМ детально исследована поверхность подложки InAs(OOl) после обработки в НС1-ИПС и последующих прогревов в СВВ (рис.1) [А5, А9]. На поверхности InAs(OOl) при последовательных прогревах получены следующие сверхструктуры: (1x1) 230°с > (2х4)/с(2х8) 280°с > (2х4)/(4х2) 300°с > (4х2)/с(8х2). Интересным отличием структурных переходов поверхности InAs(OOl) от GaAs(OOl) является отсутствие переходных реконструкций между As-стабилизированной структурой (2х4)/с(2х8) и Ga- стабилизированной структурой (4х2)/с(8х2). Вместо переходных реконструкций наблюдалась смешанная структура (2х4)/(4х2) (рис.1 (h)), которая существовала в относительно узком температурном интервале ДТ=20°. Сосуществование двух структурных фаз в узком температурном интервале, говорит о том, что структурный переход (2х4)/с(2х8)-> (4х2)/с(8х2) является переходом первого рода.

3 2 1 0 -1 -2 3 2 1 0 -1 -2 —0]

Относительная энергия связи (эВ)

[НО]

Рис.1 Фотоэмиссионные спектры (a-f) и картины СТМ и ДМЭ (g-i) поверхности InAs(OOl) до (а), после обработки в НС1-ИПС (Ь) и последующих прогревах в СВВ (c-f, g-i). Картины СТМ и ДБЭ показывают As-стабилизированную структуру (2х4)/с(2х8) (g), смешанную (2x4) и (4x2) (h) и In- стабилизированную структуру (4х2)/с(8х2) (i).

Реконструкция поверхностей InAs(OOl) и GaAs(OOl), а также тройного соединения InxG|.xaAs была изучена оптическим методом - спектроскопией анизотропного отражения (рис.2). На рис.2 (А) показаны спектры анизотропного отражения от поверхности GaAs(OOl) в процессе нагрева As-стабилизированной поверхности от 90 К до 850 К, демонстрирующие in situ структурный переход (2x4)—>(4x2). Прогрев поверхности GaAs(OOl) в температурном интервале 380-470°С приводил к появлению в спектрах анизотропного отражения линии с энергий 3 эВ, которая показывает наличие димеров As на поверхности GaAs(OOl) и является характеристикой поверхности с реконструкцией (2х4)/с(2х8). Появление этой линии

в спектрах анизотропного отражения совпадает с присутствием химически сдвинутой компоненты в спектрах 3с1 Аб, принадлежащей мышьяку в димерах.

Энергия фотона, эВ Энергия фотона, эВ

Рис.2 Спектры анизотропного отражения от поверхности GaAs(OOl) (А) в процессе нагрева поверхности от 90 К до 850 К, демонстрирующие in situ структурный переход (2x4) -(4x2). Спектры анизотропного отражения от поверхности InAs(OOl) (В) после прогрева при температуре 330°С (Ь), 370°С (с) и 430°С (d). Кривые (а) и (е) принадлежат спектрам анизотропного отражения от As- и Ga- стабилизированной поверхности GaAs (001). Температура измерений - 100 К.

Дальнейший прогрев поверхности до Т=540°С приводил к появлению в спектрах анизотропного отражения интенсивной линии с энергией 2.2 эВ, которая является индикатором наличия димеров Ga на поверхности и реконструкции (4х2)с/(8х2). Схожее поведение спектров отражения наблюдалось на поверхности InAs(OOl) (рис.2 (В)). Проведенное сравнение спектров анизотропного отражения и структуры поверхности, изучавшейся методом дифракции медленных электронов, показывает возможность идентификации состава и структуры поверхности по форме спектров анизотропного отражения.

В § 1.3 описываются результаты по исследованию структуры и стехиометрии поверхности, а также состава остаточных загрязнений на поверхностях соединений In(Ga)P(001) после обработки в растворе НС1-ИПС и последующего прогрева в вакууме (табл.1) [А13]. В отличие от полупроводников III-As, для которых

обработка в НС1-ИПС приводила к обогащению поверхности элементом пятой группы, поверхность соединений П1-Р обогащалась хлоридными соединениями третьей группы. Поверхность 1пР(001) после обработки в НС1-ИПС покрывалась несколькими монослоями соединений 1пС1х, при этом на границе раздела между хлоридом индия и полупроводником присутствовал монослой, содержащий соединения Р-Р и Р-С1 (рис.3 А(Ь)). Отличительной особенностью 1пР(001) является его травление в растворе НС1-ИПС, которое сохраняет атомную гладкость поверхности при использовании растворов с концентрацией НС1 в изопропиловом спирте менее 4%.

(А)

20 22 24 26 28 30' 76 78 80

Кинетическая энергия (эВ)

3 4 5 6 Энергия фотона (эВ)

Рис.3 Фотоэмиссионные спектры (А) и спектры анизотропного отражения и соответствующие им картины ДМЭ (В) поверхности 1пР(001) после обработки в НС1-ИПС и последующих прогревов в СВВ. Картины ДБЭ показывают структуру (1x1) (0, (2x1) (§) и 1п- стабилизированную (2х4)/с(2х8) (Ь). Спектр (Г) измерен при температуре 100 К.

При прогревах в вакууме на поверхности InP(OOl) наблюдалась следующая серия реконструкционных переходов: (1x1) 23"°с > (2x1) 280°с > (2х4)/с(2х8) —450°с > (4x4). Другой отличительной чертой поверхности InP(OOl) является высокотемпературная In-стабилизированная поверхность с реконструкцией (2х4)/с(2х8), характерной для анион- стабилизированных поверхностей полупроводников А3В5. Из сравнения спектров анизотропного отражения света от поверхности InP(OOl) (рис. 3 В (g)) и In(Ga)As(001) (рис.2) видно, что анизотропия катион-стабилизированных поверхностей одинаковая. Это означает, что кристаллографическое направление димеров атомов третьей группы одинаковое, несмотря на 90 градусный поворот элементарных ячеек.

Поверхности In(Ga)Sb(001), как и поверхности фосфидных соединений третьей группы, после обработки в НС1-ИПС покрывалась несколькими монослоями соединений 1пС1х и элементной сурьмой [А14]. При прогревах в СВВ отношение Sb3íf/In3<i уменьшалось, и на поверхностях In(Ga)Sb(001) также наблюдались сверхструктурные переходы (табл. 1).

В §1.4 описываются результаты по исследованию структуры, стехиометрии, а также состава остаточных загрязнений на поверхностях GaN(OOOl) после обработки в растворе НС1-ИПС и последующего прогрева в вакууме [А 15]. Показано, что обработка поверхности GaN в растворе НС1-ИПС в атмосфере азота приводит к удалению оксида галлия (рис. 4). Последующий прогрев химически приготовленной поверхности в интервале температур 400-450°С приводил к появлению ДМЭ картины нереконструированной поверхности (1x1) (рис. 4 d). Остаточные загрязнения углеродом и кислородом не превышали 3-5% от монослоя. В спектрах СХПЭЭВР наблюдались потери, связанные с возбуждением поверхностных оптических фононов GaN, что говорит о структурной упорядоченности приповерхностного слоя GaN (рис. 4 а).

75 meV - FK фононы

S(C-H)

v(C-H)

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Потери энергии, эВ

Рис.4 (А)- спектры характеристических потерь энергии электронов от исходной поверхности 0а14(0001) (а), после химической обработки в НС1-ИПС (Ь) и последующего прогрева при Т=450°С (с). (В) - ДМЭ картина от поверхности ОаЫ(0001)-(1х1), после НС1-ИПС и прогрева при Т=450°С.

В §1.5 представлены результаты по адсорбции цезия на поверхности GaN(0001)-(1x1) и её активированию цезием и кислородом до состояния эффективного отрицательного электронного сродства (ОЭС). Величина эффективного ОЭС на активированной поверхности GaN-(Cs.O) составила -1.8 eV, при этом квантовая эффективность GaN-фотокатода на длине волны 250 нм достигала 26% [А 15].

Таким образом, для всех изученных соединений А3В5 атомарно-чистые, структурно-упорядоченные поверхности получены прогревом в вакууме, в среднем, на 200° ниже температуры, необходимой для десорбции собственных оксидов. Обработка поверхности в растворе НС1-ИПС удаляет оксиды с поверхности полупроводников А3В5, формируя на поверхности несколько монослоев адсорбата, состав которого определяется стабильностью элемента пятой группы к растворению в безв одном растворе HCl. Изученные ориентации поверхностей соединений А3В5, состав собственных оксидов на исходных поверхностях, пассивирующий слой после обработки в НС1-ИПС, а также температуры очистки поверхностей (Точист), которые сравниваются с температурами десорбции оксидов (Тдесор6), и реконструкции, наблюдаемые на поверхностях при последовательных прогревах в вакууме, суммированы в таблице 1.

Таблица 1. Свойства поверхностей полупроводниковых соединений А3В5 после обработки в НС1-ИПС и последующих прогревов в вакууме.

А3В5 оксиды НС1-ИПС обработка Точнстки °c Тдесорбции °c Реконструкции

GaAs(OOl) (110) (1П)А (111)В As203 AS205 Ga203 As 1-2 ML 400 580 (lxl), (2x4); (3xl)/(2x6); (4x2) (lxl) (lxl); (2x2) (lxl); (2x2), (lxl), (3x3),( Vl9xVl9)

InAs(OOl) (111)А (111)В AS203 As305 ln203 As 2-3 ML 250 450 (2x4); (2x4)/(4x2); (4x2) (lxl); (2x2) (lxl)

InGaAs(OOl) х=0.2; 0.5 As 1-2 ML 250350 580 (2x3); (4x2)

GaP(llO) Ga203 p2o5 CI, 1 ML 350 580 (lxl)

InP(OOl) ln203 p2o5 InCU, 2 ML 300 460 (lxl); (2x1); (2x4)/c(2x8); (4x4)

InGaAsP(OOl) As,~l ML 300 580 (4x6); (4x2)/c(8x2)

GaN(OOOl) InN(OOOl) AlGaN(OOOl) Ga203 ln203 ai2o3 CI 450 >600 (lxl)

InSb(OOl) ln203 Sb203 InCls 300 530 (lxl); (1x3); (4x3); (4xl)/c(8x2)

GaSb(OOl) Ga203 Sb203 GaCl, 300 >500 (lxl); (Ix3)/(3x3); (2x3)

Вторая глава посвящена приготовлению атомарно-чистых, структурно-упорядоченных поверхностей GaAs in situ обработкой в атомарном водороде и исследованию взаимодействия АВ с реконструированными поверхностями [А16-А19]. В §2.3 представлены результаты по изучению взаимодействия АВ с поверхностями GaAs(OOl), покрытыми собственными оксидами, методами РФЭС, ДМЭ и СХПЭЭВР с целью приготовления структурно-упорядоченных поверхностей при низкой температуре. Показано, что стехиометрия поверхности GaAs(OOl) при обработке в АВ определяется, главным образом, температурой, при которой происходит обработка. При температурах ниже температуры десорбции Ga20 (350°С) поверхность становилась Ga-обогащенной, при температурах выше 350°С поверхность обогащалась As. С увеличением температуры обработки в АВ исходной поверхности GaAs(OOl), покрытой оксидами, наблюдался ряд поверхностных реконструкций, показанных на рис.5 (верхний ряд).

18

420 СС

380 °С

350 :

320 X

280 "С

Т("С)

500 :

l-íi ж*

560 "С

800 "С

f I

Ж. ей f 1 'i

4)/с(2х8) (Зх6)/(2хв) (4;<2)/с(8х2) (4x6) {4x4

ЧЗ" чг

т ("С) —»

Рис.5 ДМЭ картины от поверхностей СаАз(001), полученных обработкой в АВ с фиксированной дозой 10 кЬ при различных температурах, указанных на шкале (верхний ряд). Для сравнения приводятся ДМЭ картины от поверхности СаАз(001), полученные десорбцией элементного мышьяка при прогреве в вакууме (нижний ряд) [1]. Отметим противоположную направленность температурных шкал для поверхностей, приготавливаемых обработкой в АВ и стандартным нагревом поверхности.

Из рис.5 видно, что изменяя температуру экспозиции поверхности oKCHü/GaAs(001) в АВ в пределах 280-^420°С, можно приготавливать поверхность с различными реконструкциями: от сильно Оа-обогащенной (4x4) до As-стабилизированной структуры (2х4)/с(2х8). Обработка поверхности GaAs(OOl) в АВ при температуре 280°С приводила к образованию Ga-обогащенной поверхности (0(^-0.8 МС) с новой реконструкцией (4x4), которая переходила в Оа-обогащенную реконструкцию (2х4)/с(2х8) при прогреве в сверхвысоком вакууме (без АВ) выше 560°С. Впервые получена Оа-стабилизированная поверхность с реконструкцией (2х4)/с(2х8), равновесная структура которой рассчитана из первых принципов в модели элементарной ячейки (2x4) со смешанным As-Ga димером (рис.6) [А 18, А19]. Можно заключить, что изменения температуры обработки поверхности GaAs(OOl),

покрытой собственными оксидами, в АВ приводят к изменениям стехиометрии поверхности и, как следствие, к изменениям структуры поверхности. Таким образом, изменяя параметры обработки в АВ, можно контролируемо приготавливать поверхности ОаАз(001) различного состава и структуры.

Рис.6 ДМЭ картины от поверхности ОаАз(СЮ1) после экспозиции в АВ 10 кТ при температуре 2В0°С и последующих последовательных прогревах в вакууме при температурах 450°С (а) и 560°С (Ь). Модель строения Оа-стабилизированной поверхности СаАз(001)-(2х4)/с(2х8) со смешанным димером.

В §2.4 приведены результаты по изучению пассивации атомарным водородом поверхностных состояний на поверхности ОаАз(001) [А16]. Хорошо известно, что атомарный водород в объёме полупроводников может пассивировать как акцепторные, так и донорные состояния. Можно предположить, что атомарный водород может пассивировать и поверхностные состояния (ПС) и тем самым "откреплять" уровень Ферми на поверхности. Несмотря на большое количество исследований, посвященных изучению взаимодействия атомарного водорода с поверхностями ОаАэ и других А3В5, вопрос о возможной "электронной" пассивации ПС атомарным водородом оставался открытым. Установлено, что для ваАв р-типа экспозиция в атомарном водороде приводила к значительному сдвигу (~0.3 эВ) уровня Ферми на поверхности к потолку валентной зоны и уменьшению поверхностной фотоэдс на два порядка. Прогрев в вакууме при Т>400°С приводил к восстановлению положения уровня Ферми и величины поверхностной фотоэдс до первоначальных значений. Такое "незакрепленное" поведение уровня Ферми на

(4x4)

поверхности объясняется пассивацией донорно-подобных ПС атомарным водородом.

В третьей главе рассматривается взаимодействие щелочных металлов с поверхностью СаЛз(001) [А20-А30]. Изучена адсорбция Се на поверхность СаЛ5(001) с реконструкциями (2х4)/с(2х8) и (4х2)/с(8х2). Установлено, что изменения атомной структуры поверхности СаЛ5(001) с различной стехиометрией, происходящие при адсорбции субмонослойных покрытий цезия, существенно различны: Аз-стабилизированная поверхность с реконструкцией (2х4)/с(2х8) разупорядочивается при значительно меньших покрытиях по сравнению с Оа-стабилизированной поверхностью с реконструкцией (4х2)/с(8х2). Анализ фотоэмиссионных линий Аз 3(1 и О а 3(1 показал, что на начальных этапах адсорбции до покрытий ©С5 < 0.3 МЬ передача заряда идет только на атомы галлия. Напротив, при 0С8 >0.3 МЬ передача заряда идет только на атомы мышьяка, при этом происходит разупорядочение и дестабилизация поверхности. Из измерений химических сдвигов методом высокоразрешающей фотоэмиссии получена величина передачи заряда от цезия к поверхностным атомам галлия, расположенным во втором ряду в траншейных позициях, которая составила 0.7 е. Данное наблюдение показывает, что передача заряда от адатомов цезия в полупроводник ослабляет химические связи атомов мышьяка. Дополнительным подтверждением этого вывода является обнаруженное уменьшение энергии связи мышьяка на Аэ-стабилизированной поверхности ОаАй(001), проявляющееся в снижении на ~100°С температуры сверхструктурного перехода от Аа-стабилизированной (2х4)/с(2х8) к ва-стабилизированной поверхности (4х2)/с(8х2) под влиянием адсорбированного цезия [А27, А28].

Расчетами из первых принципов доказано, что эффект снижения температуры сверхструктурного перехода (2x4)—>(4x2) обусловлен уменьшением энергии связи атомов мышьяка на Ая-стабилизированной поверхности СаАз(001) вследствие перераспределения электронной плотности между поверхностными атомами Аэ и нижележащими Оа атомами из-за передачи заряда от Сб в полупроводник. Вследствие уменьшения энергии связи и увеличения коэффициента диффузии поверхностных атомов ваАз, атомы Сб могут быть использованы в качестве сурфактанта для низкотемпературного выращивания совершенного ваАз методом МЛЭ [А30].

В §3.2 представлены результаты по изучению сурфактантных свойств Ся при

низкотемпературном МЛЭ росте СаЛ5(001). В работе [А29] было предложено

21

использовать Сэ в качестве сурфактанта для низкотемпературного роста ваАБ методом МЛЭ без потери кристаллографического совершенства эпитаксиальной плёнки. На рисунке 7 показаны ДБЭ осцилляции, измеренные во время роста ОаАБ без Сб и после адсорбции Св. После выращивания первого монослоя ДБЭО осцилляции на цезированной поверхности не отличались по форме от осцилляций на чистой поверхности, за исключением амплитуды, которая возрастала в несколько раз.

(А)

Оа огкрь/т

ДБЭ осцилляции при росте ваАз

ЛМАААААЛЛЛАлаллла^

450"С

400"С

ДБЭ осцилляции при росте СаАв с 0.3 МС Сэ

О 5 10 15 20 (В) Время (сек.)

(1а О'ПфЫТ

Тз=450°С Зх4х

ДБЭ осцилляции при росте ваАз

Зх 4х

^ ^ Оа- структура

JЫAJa

400'С

Зх 4х

4 350"С I

А Л 4 4 Оа- структура

/и\АЛЛЛ

Ся

0.1МСС8

4 8 12 16 20 Время (сек.)

0 4 8 12 16 20 24 28 Время (сек.)

Рис.7. Осцилляции интенсивности зеркального рефлекса (ИЗР) во время роста ваАв при Т подложки 500, 450 и 400°С на чистой поверхности (А, В(а)) и с адсорбированным Се (В) с покрытием 0.1 (Ь) и 0.3 МС (с) при Т=450°С. На рисунке (С) показаны осцилляции ИЗР при росте БаАв с предварительной адсорбцией 0.3 монослоя Ся и последующим понижением температуры роста. Стрелками показаны сверхструктурные переходы структуры (2x1) в (3x1) и далее в (4x1).

Затухание осцилляций существенно снизилось, что говорит о подавлении цезием развития шероховатости поверхности из-за трёхмерного роста, обычно наблюдаемого при слоевом росте. Вероятно, Сэ способствует увеличению диффузии

поступающих на подложку атомов, что приводит к их более полному встраиванию в ступени растущего слоя. При увеличении количества Сб на поверхности более 0.3 монослоя при эпитаксиальном росте ОаА.ч наблюдался структурный переход из (2x1) в Оа-стабилизированную реконструкцию (4x2). Для исключения образования йа-капель, температура подложки понижалась для перехода в режим обогащения поверхности Ав. На рис. 7с показаны ДБЭО осцилляции при росте БаАв с предварительной адсорбцией 0.3 монослоя Сэ. Стрелками отмечены моменты перехода структуры (2x1) в структуру (3x2) и затем в (4x2). Видно, что ДБЭО осцилляции наблюдаются даже при температуре подложки ниже 250°С. С уменьшением температуры подложки время, необходимое для перехода в Оа-стабилизированную поверхность, увеличивается. При Т < 300°С рост переходил в Аг-обогащенный режим. Наблюдение ДБЭ осцилляций при низкой температуре может означать, что даже при Т < 300°С происходит двумерный рост ОаАз.

В §3.3 рассмотрен переход диэлектрик-металл в системе щелочной метал л/ОаАэ. Вопрос о переходе диэлектрик-металл в тонких слоях металлов, адсорбированных на поверхности, как полупроводников, так и металлов, остается дискуссионным даже для наиболее хорошо изученных модельных систем. Одной из основных экспериментальных проблем при изучении перехода диэлектрик-металл является определение критерия металлизации, зависящего от метода измерения. Как следствие, концентрация адатомов, при которой в слое адсорбата происходит переход диэлектрик-металл, часто оказывается различной для разных методов измерения. Представляет интерес также вопрос о связи электронных свойств адсорбата с его структурой. В диссертации приведены результаты по изучению плазменных потерь в системе Сз/ОаАу (001), (111)А,В и (110) при комнатной температуре. При увеличении концентрации атомов щелочных металлов на поверхности ваАз при покрытиях 0>О.5 монослоя происходит переход к конденсированной двумерной металлической фазе. Причина перехода состоит в том, что при увеличении 6 кулоновское отталкивание частично заряженных адатомов сменяется притяжением из-за образования латеральных металлических связей. На поверхности Сэ/ОаАя с различными кристаллографическими ориентациями и реконструкциями этот переход сопровождается возникновением дублета узких пиков потерь энергии электронов в запрещенной зоне СаАв при Е1—0.4 эВ и Е2~ 1.1 эВ (рис.8), обусловленных возбуждением плазмонов в адсорбционном слое [А19, А20]. Спектры потерь энергии электронов в системе Сй/ОаАз соответствуют возбуждению плазмонов, локализованных в двумерных

23

L1

L2

» (110H<Í1)

• (111)B-(1x1) » (111)A-(Zx2) » (100H2X4)

• (100)-(4x2)

~ Л.0.8М1 ;0.7ML '0.5 ML "0.3 ML

1 2 3

Потери энергии, эВ

Рис. 8 Спектры энергетических потерь электронов при последовательной адсорбции цезия на Оа-стабилизированную поверхность (4х2)/с(8х2), а также в насыщении 8с3~ 1 МС для поверхностей (110)-(1х1), (111)В-(1x1) и (111)А-(2х2).

островках цезия, и не зависят от ориентации и структуры поверхности. Появление

интенсивных пиков потерь при покрытии поверхности цезием свыше 0.5 МС связано с динамическим фазовым переходом от двумерного газа атомов цезия к плотноупакованным двумерным островкам с металлическим спектром электронных возбуждений, при этом латеральная проводимость отсутствует.

В § III. 4 экспериментально изучен переход диэлектрик-металл в двумерных слоях калия и натрия на поверхности СаАз(001) в температурном интервале 85-^300 К методами фотоототражения и спектроскопии

характеристических потерь энергии электронов. Критериями металлизации служили появление 2Б плазмонов в спектрах потерь энергии электронов и пороговое изменение поверхностной фотоэдс, зависящей от низкочастотной проводимости. Для изучения

степени упорядоченности адсорбированного слоя на поверхности GaAs(OOl) использовался метод спектроскопии анизотропного отражения. В работах [А21, А22] показано, что адсорбция щелочных металлов на поверхность GaAs(001) при температуре ниже 200 К приводит к пороговому появлению металлизации в адсорбированном слое при 6^^0.5 МС, при этом в интервале покрытий, равном 0.2 ML от точки перехода, металлическая и диэлектрическая фазы сосуществуют. Дальнейшее нанесение щелочного металла приводит к металлизации всей поверхности. Такого рода переход диэлектрик-металл можно охарактеризовать как фазовый переход первого рода. Формирующаяся металлическая фаза является неупорядоченной и метастабильной. Прогрев поверхности до комнатной температуры приводит к разрушению металлической фазы, т.е. к переходу металл-диэлектрик при температуре, когда становится возможной поверхностная диффузия адатомов и возникает переход беспорядок-порядок. При этом диэлектрическая фаза представляет собой двумерные

24

островки с металлическим спектром электронных возбуждений. Эти результаты показывают, что наличие металлической фазы на поверхности ОаАя(001) напрямую связано с разупорядочением в слое адсорбата. Для К и № определены диаграммы областей существования металлической фазы в зависимости от покрытия и температуры.

В четвертой главе рассматривается взаимодействие йода с поверхностями арсенида галлия и атомно-слоевое травление поверхности ОаА$(001) [А31-А34]. В § IV. 2 изучено взаимодействие йода с поверхностями ОаАв (001), (111)А,В и (110). Впервые экспериментально и теоретически изучена сравнительная адсорбция йода на Ав и Оа-стабилизированные поверхности СаАз(001). Методом фотоэмиссии с использованием синхротронного излучения установлено, что на ва-стабилизированной поверхности йод образует преимущественную химическую связь с атомами галлия и вызывает значительное перераспределение электронной плотности между поверхностными атомами мышьяка и галлия, тогда как на Аэ-стабилизированной поверхности образуется связь только с поверхностным мышьяком. Такое селективное взаимодействие йода на реконструированных поверхностях приводит к травлению Оа-стабилизированной поверхности и пассивации Ав-стабилизированной поверхности, что объясняет экспериментально наблюдаемый структурный переход на поверхности ОаАз(001) от реконструкции Оа-(4х2)/с(8х2) к Аз-(2х4)/с(2х8).

В § IV. 3 изучено адсорбат-индуцированное управление стехиометрией поверхности полупроводников при атомно-слоевом травлении поверхности ОаА5(001) в СВВ последовательной адсорбцией атомов цезия и йода и низкотемпературным прогревом. Исследовано селективное взаимодействие цезия и йода с полярной поверхностью (001) ваАБ с целью установления микроскопического механизма уменьшения энергии связи поверхностных атомов полупроводника. Для экспериментальной проверки возможности обратимых низкотемпературных переходов между Аэ- и ва-стабилизированными реконструкциями поверхности СаА5(001), была изучена эволюция картин дифракции медленных электронов при поочерёдной адсорбции цезия и йода и последующих низкотемпературных прогревах (рис. 9). Видно, что поочерёдная адсорбция цезия и йода на поверхности СаАя(001) и последующие прогревы при низких температурах позволяют осуществить обратимые переходы между основными реконструкциями поверхности СаА5(001): Ав-стабилизированной (2х4)/с(2х8) и Оа-стабилизированной (4х2)/с(8х2). Для дальнейшего исследования

характера взаимодействия цезия и йода с поверхностью ваАв были проведены эксперименты по адсорбции цезия на ва-стабилизированной поверхности с реконструкцией (4х2)/с(8х2) и йода на Аз-стабилизированной поверхности с реконструкцией (2х4)/с(2х8). Последующие прогревы при температуре Т~450°С в обоих случаях привели к восстановлению исходных реконструкций. Это подтверждает селективный характер воздействия электроположительных и электроотрицательных адсорбатов на состав и структуру поверхности и других полупроводников А3В5.

Были проведены несколько циклов цифрового травления с измерением отношения интенсивности дифракционных рефлексов 15р к суммарной интенсивности рефлексов и фона диффузно рассеянных электронов (1зр+1ьаскег)- Это отношение, характеризующее степень упорядоченности атомной структуры поверхности, показано на рис. 9 кружками и треугольниками как функция номера цикла для Аб- и Оа-стабилизированных реконструкций, соответственно.

Рис.9 ДМЭ картины от поверхности ОаАз(СЮ1) в одном цикле адсорбции и десорбции цезия и йода, демонстрирующие удаление одного монослоя арсенида галлия при относительно низких температурах прогрева. Отношение интенсивности дифракционных рефлексов к суммарной интенсивности рефлексов и фона диффузно рассеянных электронов ^р/Цр+Гьасквг), как функция номера цикла адсорбции и десорбции цезия и йода.

Видно, что при увеличении номера цезий-йодного цикла структурное совершенство Аз-стабилизированной поверхности остаётся практически неизменным, а качество Оа-стабилизированной поверхности даже улучшается.

В пятой главе представлены результаты по изготовлению и изучению магнитных и электрофизических свойств барьеров Шоттки на основе границы раздела РЛТе/ОаАз, а также исследованию инжекции спин-поляризованных

26

электронов с целью создания эффективных спин-детекторов. Детектор спина электронов (спиновый анализатор) на основе структуры Pd/Fe/GaAs(001) является альтернативой известным детекторам Мотта и может использоваться для измерения среднего спина свободных электронов в вакууме.

В § V. 1 дается краткий обзор сравнительных характеристик различных поляриметров и обоснование выбора гетероструктур на основе Pd/Fe/GaAs(001)/InGaAs для использования в качестве спин-детектора. В § V. 2 описывается изготовление и характеристики гетероструктур Pd/Fe/GaAs(001) и Pd/Fe/oxide/GaAs(001). Для изготовления барьеров Шоттки на основе Fe/GaAs были реализованы три границы раздела между металлом и GaAs. Напыление Fe происходило на поверхность GaAs(OOl): (1) покрытую оксидом, который приготавливался по стандартной методике окисления арсенида галлия в потоке кислорода под действием ультрафиолетового излучения (UVOCS) [А34]; (2) на чистую поверхность с реконструкциями (2x4) и (4x2), которые приготавливались обработкой в растворе НС1-ИПС и последующим прогревом в вакууме при Т=450 и 550°С, соответственно [А1]; (3) на поверхность арсенида галлия пассивированную азотом в растворе гидразина [А35]. Для напыления металлов (Pd, Fe) использовались ячейки Кнудсена. После напыления железа (0.5^5 нм), на поверхность напылялся палладий для защиты железа от окисления на воздухе. Электрофизические параметры барьера Шоттки определялись из вольтамперных (IV) зависимостей, магнитные свойства изучались электрооптическим методом Керра и сверхпроводящим магнитометром (SQUID).

Методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ВРЭМ) и атомно-силовой микроскопии показано, что рост Fe на реконструированной поверхности GaAs(OOl) идет эпитаксиально (рис.10 а). Наименьшее значение коэрцитивного поля Нс получено при напылении железа на атомарно-чистую, реконструированную поверхность GaAs(OOl). Такие структуры обладали наименьшей анизотропией намагниченности. Показано, что намагниченность пленки Fe является линейной функцией её толщины и соответствует намагниченности объемного железа, что свидетельствует об отсутствии в слое Fe немагнитного слоя. Методами фото- и электроотражения измерена зависимость величины приповерхностного электрического поля от прикладываемого напряжения на барьере. Установлено, что отжиг структур Fe/GaAs(001) в вакууме приводит к пассивации поверхностных состояний на границе раздела металл/полупроводник.

СЕ

Р 0.2 •

0 ^

8 о.о •

в

X и

1 -0.2 ■

С

сз |

1 -0.4 —-......- ¿* -1

Е 1....1....1....1....1....1....1....1....

-100 -50 0 50 100 Магнитное поле (Э)

(Ь)

......... 1.... 1.... 1.... 1.... I.... 1 —

Рис. 10 ПЭМ изображение границы раздела Рс1/Ре/ОаАз(001) (а) и кривая намагниченности для структуры Р^е/ОаАэЛпОаАз (Ь).

Изготовлены барьеры Шоттки на основе Ре/СаАз(001) с электрическими (плотность обратного тока менее 10~6 А/см2 при запирающем напряжении 0.5 В) (рис.10 Ь) и магнитными (значение коэрцитивного поля менее 100 Гаусс) свойствами (рис.10 с), позволяющими достигать эффективности прибора, сравнимой с детекторами Мотта, при этом диапазон рабочих напряжений составляет 10-И ООО В.

В §5.3 изложены результаты по изучению инжекции и транспорта спин-поляризованных электронов в структурах Рс1/Ре/оксид/ОаАз и Рё/Ре/ваАз, а также предложен и реализован метод оптической регистрации спина в структурах Р(1/Ре/ОаАз с квантовыми ямами ЫЗаАэ. Измерена степень спиновой поляризации свободных электронов по спину, эмитированных из ваАБ фотокатода с отрицательным электронным сродством. В работе обсуждается модель транспорта и селекция спин-поляризованных электронов через барьер металл/полупроводник. Для практических применений в спин-поляриметрии важными характеристиками детектора являются функция Шермана 8=А/Р0, где А- измеряемая функция асимметрии при известной поляризация электронного пучка Р0, отражающая селективность поляриметра к проекции спина электрона, и показатель качества Р=82-Т/(1+Т), демонстрирующий чувствительность поляриметра, где Т=1с/1о -функция пропускания, 1с - ток проходящий через полупроводник, 10 - ток падающих электронов.

н

I Pd/Fe/ GaAs 1 Pd/Те/ Uvocs /GaAs

На рис. 11 a-d приведена функция пропускания T, спин-зависимая функция ДТ,

функция асимметрии ДТ/2Т и показатель качества (F) для спин поляризованных электронов, инжектированных в структуру Pd/Fe/GaAs и

Pd/Fe/oKcaa/GaAs. Максимум спин-зависимой функции асимметрии для обеих структур соответствует величине функции Шермана ~510"3 (рис.11 с) и показателю качества —1.5-10~5 (рис.11 d). Эта величина сравнима с показателем качества стандартных детекторов Мотта. Следует отметить, что поскольку изменения Т и ДТ являются более плавными для интерфейса Fe/GaAs(001)-(4x2), чем для Fe/oKCWi/GaAs(001), инжекционная полоса энергий в пиках S и F оказывается шире. Поэтому структура Pd/Fe/GaAs(001 )-(4х2)

обеспечивает свойства спин-

поляриметра в более широком диапазоне энергий. По сравнению с детекторами Мота, спин-поляриметры на барьере Шоттки имеют ряд преимуществ: малый размер, совместимость с другими вакуумными методами, такими как фотоэмиссия и электронная

микроскопия. низкие рабочие напряжения (около 1 кВ в сравнении со 100 кВ, используемыми в калиброванных детекторах Мотта).

В работе предложен и реализован метод измерения спина электронов по регистрации интенсивности катодолюминесценции от поглощенных спин-поляризованных электронов в структуре Pd/Fe/GaAs(001) с квантовыми ямами InGaAs вблизи границы Fe/GaAs

29

! л \

о

а

0.4 ¡г

<3

0.3 с. И)

0.2 а

tx

S

0.1 3

в

0

©

100« 1500 Ео (eV)

2000

Рис.11 Функция пропускания Т, спин-зависимая функция ДТ, асимметрии А=ДТ/2Т и показатель качества для структур Рс^РеЛЗаАз и Pd/Fe/ox/GaAs (а,Ь,с,а).

[А36, А37]. Была разработана и вырашена гетероструктура ОаАз с двумя квантовыми ямами Ino.1sGao.s2As. Эффективность данной структуры была проверена в эксперименте по инжекции электронов из ферромагнитного металлического контакта в гетероструктуру с квантовыми ямами и измерению степени циркулярно-поляризованной электролюминесценции. Значение коэффициента эффективности спиновой инжекции составило г|=16% при Т = 78К, что показало перспективность использования гетероструктуры Рс1/Не/ОаАя/1пОаА5 в спин-детекторах с оптической регистрацией спина инжектируемых электронов. Измерена зависимость асимметрии интенсивности катодолюминесценции от энергии инжектируемых спин-поляризованных электронов. Максимальная величина асимметрии составила 2-Ю"3 и наблюдалась в диапазоне от порога появления КЛ (400 эВ) и до энергии 1000 эВ. Для баллистических электронов проведена качественная оценка величины функции асимметрии.

Таким образом, с использованием развитой технологии приготовления структурно-совершенных поверхностей А3В5 реализован магнитный барьер Шоттки для детектирования спина свободных электронов. Предложен и реализован метод измерения спина электронов по регистрации интенсивности катодолюминесценции от поглощенных спин-поляризованных электронов в структуре Рс1/Ре/ОаА5(001) с квантовыми ямами [пОаАэ вблизи гетерограницы.

В заключении представлены основные выводы диссертации, а также данные о личном вкладе соискателя.

Личный вклад автора заключается в выборе направления исследований, постановке задач и разработке концепции проведения экспериментов. Автором сделан определяющий вклад в получение и анализ экспериментальных результатов и в их представление в печати. Автор принимал непосредственное участие в создании экспериментального оборудования. В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат результаты, которые вошли в сформулированные защищаемые положения и выводы.

Основные результаты и выводы:

1. Развит метод контролируемого изменения физико-химических свойств поверхностей, заключающийся в управлении составом и сверхструктурными переходами на поверхностях полупроводников А3В5 путём химического удаления оксидов и последующего прогрева вакууме в отсутствие потоков

30

элементов V группы. Исследованы сверхструктурные переходы, соответствующие анионным и катионным фазам на поверхностях полупроводниковых соединений А3В5:

. йаАБ (111)В: (1x1) 350°с > (2x2) 400°с > (1x1) 480°с ) (3x3) 530°с > (>/19x^19); ОаАз(111)А: (1x1) 300°с > (2x2); ОаАз(001): (1x1) 400°с > (2х4)/с(2х8 ) 480°г > (2х6)/(3х6) 530"с >(4x1) 580°с >(4х2)/с(8х2); ОаАвОЮ): (1x1).

. 1пАз(001): (1x1) 230°с > (2х4)/с(2х8) 280°с > (2х4)/(4х2 ) 300°с > (4х2)/с(8х2);(111)А: (1x1) 300"с > (2x2).

• 1пР(001): (1x1) 230°с > (2x1) 280°с > (2х4)/с(2х8) - 45047 > (4x4).

• ОаР(ПО): (1x1).

. 1п8Ь(001)-(1х1) А00°с >(1x3 ) 480°с >(4x3 ) 530°с > (4х2)/с(8х2).

• Са8Ь(001) -(1x1)—>(1хЗ)/(ЗхЗ) 450°с > (2x3).

• ОаМ(0001)-(1х1).

Установлено, что методика приготовления поверхности в безводном растворе хлороводорода в изопропиловом спирте является универсальной для полупроводников А3В5 и позволяет получать поверхности, не уступающие по качеству поверхностям, выращиваемым методом МЛЭ.

2. Экспериментально открыты и изучены новые Оа-стабилизированные сверхструктуры (4x4) и (2х4)/с(2х8) на поверхности ОаАз(001), приготовленные обработкой в атомарном водороде. Получен весь ряд реконструкций, характерных для поверхности СаА5(001), в диапазоне температур 28(Н420°С. Низкотемпературное структурное упорядочение поверхности СаАз(001) связано с сурфактантными свойствами атомарного водорода на поверхности полупроводника. Экспозиция поверхности ОаА$(001) р-типа в атомарном водороде приводит к пассивации поверхностных состояний и откреплению уровня Ферми на поверхности.

3. Экспериментально обнаружено уменьшение энергии связи атомов мышьяка на поверхности ОаА5(001), проявляющееся в разупорядочении Ав-стабилизированной поверхности и в снижении на ~100°С температуры перехода к Оа-стабилизированиой поверхности СаА5(001 )-(4х2)/с(8х2) под влиянием адсорбированного цезия. Расчетами из первых принципов доказано, что эффект обусловлен уменьшением энергии связи атомов мышьяка вследствие перераспределения электронной плотности между поверхностными атомами Аз и

нижележащими йа атомами из-за передачи заряда от Се в полупроводник. Сэ-индуцированное уменьшение энергии связи поверхностных атомов мышьяка приводит к следующим практическим результатам:

• обнаружен эффект СБ-индуцированной десорбции элементного мышьяка с поверхности ОаАз(001), что может быть использовано для низкотемпературной очистки поверхности полупроводника и приготовления низкотемпературной Оа-стабилизированной поверхности ОаАэ с улучшенными электронными свойствами (низкая плотность поверхностных состояний, малое значение изгиба зон, отсутствие закрепления уровня Ферми);

• установлено, что Сб может использоваться в качестве сурфактанта при низкотемпературном росте арсенида галлия.

4. Установлено, что адсорбция щелочных металлов на поверхность СаАз(001) при температуре ниже 200 К приводит к фазовому переходу диэлектрик-металл первого рода при 6а1к~0.5 МС, при этом металлическая фаза является неупорядоченной и метастабильной. Прогрев поверхности приводит к разрушению металлической фазы и переходу металл-диэлектрик при температуре, когда становится возможным поверхностная диффузия адатомов и возникает переход беспорядок-порядок. Таким образом, наличие металлической фазы на поверхности СаА5(001) напрямую связано с разупорядочением в слое адсорбата. Спектры потерь энергии электронов в системе Ся/ОаЛэ соответствуют возбуждению плазмонов, локализованных в двумерных островках цезия, и не зависят от ориентации и структуры поверхности. Появление интенсивных пиков потерь при покрытии поверхности цезием свыше 0.5 МС связано с динамическим фазовым переходом от двумерного газа атомов цезия к плотноупакованным двумерным островкам с металлическим спектром электронных возбуждений.

5. Обоснован и реализован эффект селективного воздействия электроотрицательных (йод) и электроположительных (цезий) адсорбатов на поверхность СаЛ5(001), который приводит к уменьшению энергии связи поверхностных атомов III и V групп и, тем самым, позволяет реализовать обратимые низкотемпературные сверхструктурные переходы между катион- и анион-стабилизированными поверхностями. Эффект селективного уменьшения энергий связи объяснён адсорбат-индуцированным перераспределением электронной плотности в приповерхностной области. Обнаруженный эффект открывает возможность реализации низкотемпературного (Т<450°С) атомно-слоевого ("цифрового") травления полярных граней соединений А3В5.

32

6. Предложен и реализован метод измерения спина электронов по регистрации интенсивности катодолюминесценции от поглощенных спин-поляризованных электронов в структуре Pd/Fe/GaAs(001) с квантовыми ямами InGaAs вблизи гетерограницы. С использованием технологии приготовления структурно-упорядоченных поверхностей А3В5, изготовлены и изучены магнитные барьеры Шоттки на основе границы раздела Pd/Fe/GaAs(001) для детектирования среднего спина в пучке свободных электронов с эффективностью, сравнимой с детекторами Мотта.

Совокупность полученных результатов и разработанных положений можно характеризовать как новое существенное достижение в развитии важного направления физики и технологии поверхности полупроводников - формировании границ раздела на атомном уровне и изучении связей атомной структуры и электронных свойств поверхностей полупроводников А3В5 для создания приборов полупроводниковой оптоэлектроники и спинтроники.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: [Al] Tereshchenko О.Е. Composition and structure of HCl-isopropanol treated and vacuum annealed GaAs(lOO) surface / O.E. Tereshchenko, S.I. Chikichev, A.S. Terekhov. // J. Vac. Sci. Technol. A - 1999. - Vol. 17. - p. 2655-2662. [A2] Tereshchenko O.E. Local structure of chemically prepared well-ordered GaAs(lOO) surface/ O.E. Tereshchenko A.S. Terekhov, D. Paget, P. Chiaradia, J.E. Bonnet, R. Belkhou, A. Taleb-Ibrahimi // Surf. Sci. - 2002. - Vol. 507-510. - p. 411-416. [A3] Paget D. Origin of the broadening of surface optical transitions of As-rich and Garich GaAs(OOl) / D. Paget, O.E. Tereshchenko, A.B. Gordeeva, V.L. Berkovits, G. Onida. // Surf. Sci. - 2003. - Vol. 529. - p. 204-214. [A4] Tereshchenko O.E. Preparation of clean reconstructed InAs(100) surfaces using HCl/isopropanol wet treatments / O.E. Tereshchenko, D. Paget, P. Chiaradia, J.E. Bonnet, F. Wiame, and A. Taleb-Ibrahimi // Appl. Phys. Lett. - 2003. - Vol. 82.

- p. 4280-4283.

[A5] Paget D. Surface versus bulk origin of the optical anisotropy of As-rich (OOl)GaAs and (001)Gai_xInxAs / D. Paget, C. Hogan, V.L. Berkovits, and O.E. Tereshchenko // Phys. Rev. В - 2003. - Vol. 67. - p. 245313-245317. [A6] Tereshchenko O.E. Well-ordered (100) InAs surfaces using wet chemical treatments / O.E. Tereshchenko, E. Placidi, D. Paget, P. Chiaradia, and A. Balzarotti // Surf. Sci.

- 2004. - Vol. 570. - p. 237-244.

[A7] Hogan C. Optical anisotropy induced by cesium adsorption on the As-rich c(2*8)

33

reconstruction of GaAs(OOl) / C. Hogan, D. Paget, O.E. Tereshchenko, L. Reining, and G. Onida // Phys. Rev. В -2004. - Vol. 69. - p. 125332-125339.

[A8] Tereshchenko O.E. Composition and structure of chemically prepared GaAs(lll)A and (lll)B surfaces / O.E. Tereshchenko, V.L. Alperovich, A.S. Terekhov Tereshchenko O.E. // Surf. Sci. - 2006. - Vol. 600. - p. 577-582.

[A9] Berkovits V.L. Bulk-like behavior of the optical anisotropy of cation-rich (001) surfaces of Gai_xInxAs alloys / V.L. Berkovits, D. Paget, A.V. Subashiev, O.E. Tereshchenko // Phys. Rev. В - 2004. - Vol. 69. - p. 033305 - 033305-4.

[A10] Tereshchenko O.E. Clean reconstructed InAs(lll)A and В surfaces using chemical treatments and annealing / О. E. Tereshchenko, D. Paget, А. С. H. Rowe, V. L. Berkovits, P. Chiaradia, B. P. Doyle, S. Nannarone // Surface Science - 2009. - Vol. 603.-p. 518-522.

[A11] Alperovich V.L. Surface passivation and morphology of GaAs(100) treated in HC1-isopropyl alcohol solution / V.L. Alperovich, O.E. Tereshchenko, N.S. Rudaya, D.V. Sheglov, A.V. Latyshev, A.S. Terekhov // Appl. Surf. Sci. - 2004. - Vol. 235. -p. 249-259.

[A12] Tereshchenko O.E. Preparation of As-rich (2x4) - III-As (001) surfaces by wet chemical treatment and vacuum annealing / O.E. Tereshchenko // Phys. Stat. Sol. С -2010.-Vol. 1-4.-p. 264-267.

[A13] Tereshchenko O.E. Preparation of clean reconstructed InP(OOl) using HCl/isopropanol wet treatments / O.E. Tereshchenko, D. Paget, P. Chiaradia, J.E. Bonnet, F. Wiame, A. Taleb-ibrahimi // Surf. Sci. - 2006. - Vol. 600. - p. 31603166.

[A 14] Tereshchenko O.E. Structure and composition of chemically prepared and vacuum annealed InSb(OOl) surfaces / O.E. Tereshchenko // Appl. Surf. Sci. - 2006. - Vol. 252. - p. 7684-7690.

[A15] Терещенко O.E. Низкотемпературная методика очистки поверхности GaN(0001) для фотоэмиттеров с отрицательным электронным сродством / О.Е. Терещенко, Г.Э. Шайблер, А.С. Ярошевич, С.В. Шевелев, А.С. Терехов, В.В. Лундин, Е.Е. Заварин, А.И. Бесюлькин // ФТТ - 2004. - т. 46. - с. 18811885.

[А16] Terekhov A.S. Variations of the Fermi level, Photovoltage, and Photoemission Threshold on GaAs(100) Surface under Annealing in Hydrogen / A.S. Terekhov, O.E. Tereshchenko, A.G. Paulish, H.E. Scheibler, V.L. Alperovich // Phys. Low-Dim. Struct. - 1995. - Vol. 12. - p. 33-42.

[A17] Toropetsky K.V. New reconstruction-stoichiometry correlation for GaAs(OOl) surface treated by atomic hydrogen / K.V. Toropetsky, O.E. Tereshchenko, D.A. Petukhov, A.S. Terekhov // Appl. Surf. Sci. - 2008. - Vol. 254. - p. 8041-8045.

[AI8] Терещенко O.E. Новые Ga-обогащенные реконструкции на поверхности GaAs(OOl) / O.E. Терещенко, К.В. Торопецкий, С.В. Еремеев, С.Е. Кулькова // Письма в ЖЭТФ - 2009. - т. 89 - с. 209-214.

[А19] Tereshchenko O.E. Backward reconstructions on GaAs(OOl) surfaces induced by atomic hydrogen reactions: surfactant assisted low-temperature surface ordering / O.E. Tereshchenko, A.V. Bakulin, S.E. Kulkova S.V. Eremeev // The Journal of Physical Chemistry C. - 2013. - Vol. 117. - p. 9723-9733.

[A19] Терещенко O.E. Поверхность Cs/GaAs(100): двумерный металл или хаббардовский диэлектрик? / O.E. Терещенко, А.Н. Литвинов, В.Л. Альперович, A.C. Терехов // Письма в ЖЭТФ - 1999. -т.70. - с.537-542.

[А20] Alperovich V.L. Evolution of interface excitations under phase transition in two-dimensional layer of Cs on GaAs(lOO) and (111) / V.L. Alperovich, O.E. Tereshchenko, A.N. Litvinov, and A.S. Terekhov // Appl. Surf. Sei. - 2001. -Vol. 175-176.-p. 175-180.

[A21] Tereshchenko O.E. Metallicity and disorder at the alkali-metal/GaAs(001) interface / O.E. Tereshchenko, D.V. Daineka, D.Paget. // Phys. Rev. B. - 2001. - Vol. 64. - p. 085310- 085310-11.

[A22] Daineka D.V. Modulated photovoltage changes at the nonmetal-metal transition of the Na/GaAs(001) and K/GaAs(001) interfaces / D.V. Daineka, O.E. Tereshchenko, D. Paget,. Surf. Sei. - 2001. -Vol. 488. - p. 193-206.

[A23] Tereshchenko O.E. Structural and electronic transformation at Cs/GaAs(100) interface / O.E. Tereshchenko, V.S. Voronin, H.E. Scheibler, V.L. Alperovich, and A.S. Terekhov// Surf. Sei. -2002. - Vol. 507-510. - p. 51-56.

[A24] Hogan C. A RAS study of the adsorption of electronegative and electropositive elements on GaAs(OOl) / C. Hogan, D. Paget, O.E. Tereshchenko, and R. Del Sole // Phys. Stat. Sol. C. -2003. - p. 1-6.

[A25] Chiaradia P. Insulator - metal phase transitions of alkali atoms on GaAs (001) / P. Chiaradia, D. Paget, O.E. Tereshchenko, J.E. Bonnet, A. Taleb-Ibrahimi, R. Belkhou, F.Wiame // Surf. Sei. - 2006. - Vol. 600. - p. 287-297.

[A26] Tereshchenko O.E. Cs-induced charge transfer on (2x4)-GaAs(001) studied by photoemission / О. E. Tereshchenko, D. Paget, P. Chiaradia, F. Wiame, R. Belkhou, and A. Taleb-Ibrahimi // Phys. Rev. B. -2010. - Vol. 81. -p. 035304-035304-5.

[A27] Tereshchenko O.E. Снижение энергии связи атомов мышьяка на поверхности GaAs(100)-(2x4)/c(2x8) под влиянием адсорбированного цезия / O.E. Терещенко, В.Л. Альперович, A.C. Терехов // Письма в ЖЭТФ - 2004. -Т.79.-С. 163-167.

[А28] Tereshchenko O.E. Cesium-induced surface conversion: from As-rich to Ga-rich GaAs(OOl) at reduced temperatures / O.E. Tereshchenko, D. Paget, V.L. Alperovich,

A.G. Zhuravlev, A.S. Terekhov // Phys. Rev. B. - 2005. - Vol. 71. - p. 155315155315-7.

[A29] Терещенко O.E. Сурфактангные свойства цезия в молекулярно-лучевой эпитаксии GaAs(OOl) / O.E. Терещенко, Д.В. Дмитриев, А.И. Торопов, С.В. Еремеев, С.Е. Кулькова // Письма в ЖЭТФ - 2011. - т. 93. - р. 647-652. [АЗО] Терещенко О.Е. Обратимые сверхструктурные переходы на поверхности GaAs(OOl) при селективном воздействии йода и цезия / О.Е. Терещенко, К.В. Торопецкий, B.J1. Альперович // Письма в ЖЭТФ - 2008. -т.87. - р. 41-44. [А31] Терещенко О.Е. Реконструкционная зависимость травления и пассивации поверхности GaAs(OOl) / О.Е. Терещенко, С.В. Еремеев, А.В. Бакулин, С.Е. Кулькова // Письма в ЖЭТФ - 2010. - т.91. - с. 383-388. [А32] Бакулин А.В. Адсорбция хлора на поверхности ¿¡- InAs(001)-(4x2) / А.В. Бакулин, О.Е. Терещенко, С.В. Еремеев, С.Е. Кулькова // ФТП - 2011. - т. 45. — с. 23-31.

[АЗЗ] Tereshchenko О.Е. Etching or stabilization of GaAs(OOl) under alkali and halogen adsorption / O.E. Tereshchenko, D. Paget, K.V. Toropetsky, V.L. Alperovich, S.V. Eremeev, A.V. Bakulin, S.E. Kulkova, B.P. Doyle, and S. Nannarone // The Journal of Physical Chemistry C. - 2012. - Vol. 116. - p. 8535-8540. [A34] Tereshchenko O.E. Magnetic and transport properties of Fe/GaAs Schottky junctions for spin polariraetry applications // O.E. Tereshchenko, D. Lamine, G. Lampel, Y. Lassailly, X. Li, D. Paget, J. Peretti // J. of Appl. Phys. - 2011. - Vol. 109.-p. 113708- 113708-7. [A35] Berkovits V.L. GaAs(lll)A and В in hydrazine sulfide solutions: extreme polarity dependence of surface adsorption processes / V.L. Berkovits, V.P. Ulin, O.E. Tereshchenko, D. Paget, A.C. H. Rowe, P. Chiaradia, B.P. Doyle and S. Nannarone // Phys. Rev. B. - 2009. - Vol. 80. - p. 233303 - 233303-4. [A36] Терещенко O.E. Оптическая регистрация спина электрона в структурах Pd/Fe/GaAs/InGaAs / О.Е. Терещенко, А.Г. Паулиш, Т.С. Шамирзаев, М.Н. Неклюдова, A.M. Гилинский, Д.В. Дмитриев, А.И. Торопов, X. Li, G. Lampel, Y. Lassailly, D. Paget, J. Peretti // Труды XV международного симпозиума "Нано физика и наноэлектроника" - 2011. 14 - 18 марта. Нижний Новгород. - с.363-364.

[А37] Терещенко О.Е. Формирование границы раздела структуры Pd/Fe/GaAs/InGaAs для оптической регистрации спина свободных электронов / О.Е. Терещенко, А.Г. Паулиш, М.А. Неклюдова, Т.С. Шамирзаев, А.С. Ярошевич, И.П. Просвирин, И.Э. Жаксылыкова, Д.В. Дмитриев, А.И. Торопов, С.Н. Варнаков, М.В. Рауцкий, Н.В. Волков, С.Г. Овчинников, А.В. Латышев // Письма в ЖТФ - 2012. - т. 38. - с. 27-36.

36

Цитированная литература.

[1] Галицын Ю.Г. Сверхструктурные перестройки на гранях (111)А и (001) InAs/ Ю.Г. Галицын, В.Г. Мансуров, В.И. Пошевнев // Поверхность - 1992. -№ 7. - с. 59-67.

[2] Tereshchenko О.Е. Atomic structure and electronic properties of HCl-isopropanol treated and vacuum annealed GaAs(lOO) surface / O.E.Tereshchenko, S.I. Chikichev, A.S.Terekhov // Appl. Surf. Sci. - 1999. - Vol. 142. - p. 75-80.

[3] Nannarone S. Hydrogen chemisorption on III—V semiconductor surfaces / S. Nannarone, M. Pedio // Surface Science Reports - 2003. - Vol. 51. p. 1-149.

[4] Ohtake A. Surface reconstructions on GaAs(OOl) / A. Ohtake // Surface Science Reports - 2008. - Vol. 63. - p. 295-327.

[5] Wang W.K. Passivation versus etching: Adsorption of I2 on InAs(OOl) / W.K. Wang,

W.C. Simpson, J.A. Yarmoff//Phys. Rev. Lett. - 1998. - Vol. 81. - p. 1465-1468.

[6] Веденеев А.А. Атомная структура поверхности GaAs(001)-c(8x2) и места адсорбции атомов йода при малой степени покрытия / А. А. Веденеев, К. Н. Ельцов // Письма в ЖЭТФ - 2005. - том 82.-е. 46-51.

[7] Arthur J. R. Molecular beam epitaxy / J. R. Arthur // Surface Science - 2002. - Vol.

500.-p. 189-217.

[8] Bakin V.V. Semiconductor surfaces with negative electron affinity / V.V. Bakin, A.A.

Pakhnevich, A.G. Zhuravlev, A.N. Shornikov, I.O. Akhundov, O.E. Tereshchenko, V.L. Alperovich, H.E. Scheibler and A.S. Terekhov.//. e-J. Surf. Sci. Nanotech. -2007.-Vol. 5.-p. 80-88.

[9] Omori T. Large enhancement of polarization observed by extracted electrons from the

AlGaAs-GaAs superlattice / T. Omori, Y. Kurihara, T. Nakanishi, H. Aoyagi, T. Baba, T. Furuya, K. Itoga, M. Mizuta, S. Nakamura, Y. Takeuchi, M. Tsubata, and M. Yoshioka // Phys. Rev. Lett. - 1991. - Vol. 67. - p.3294-3297.

[10] Miyamoto K. Topological Surface States with Persistent High Spin Polarization across the Dirac Point in Bi2Te2Se and Bi2Se2Te / K. Miyamoto, A. Kimura, T. Okuda, H. Miyahara, K. Kuroda, H. Namatame, M. Taniguchi, S.V. Eremeev, T.V. Menshchikova, E.V. Chulkov, K.A. Kokh, and O.E. Tereshchenko // Phys. Rev. Lett. -2012.-Vol. 109.-p. 166802-5.

[11] Filipe A. Spin-Dependent Transmission of Electrons through the Ferromagnetic Metal Base of a Hot-Electron Transistorlike System / A. Filipe, H.-J. Drouhin, G. Lampel, Y. Lassailly, J. Nagle, I. Peretti, V. I. Safarov, and A. Schuhl // Phys. Rev. Lett. - 1998. - Vol. 80. - p. 2425-2428.

Подписано в печать 04.09.2013 г. Печать цифровая. Бумага офсетная. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 3 Тираж 130 экз. Заказ № 171.

Отпечатано в типографии «Срочная полиграфия» ИП Малыгин Алексей Михайлович 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 6/1, оф.104 Тел. (383) 217-43-46, 8-913-922-19-07

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ИМ. A.B. РЖАНОВА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

Терещенко Олег Евгеньевич

АТОМНЫЕ РЕКОНСТРУКЦИИ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В5 С АДСОРБАТАМИ

01.04.10 - Физика полупроводников

Ю Диссертация

СО на соискание ученой степени

СО доктора физико-математических наук

СО 8

О ^ Научный консультант: д.ф.-м.н. В.Л. Альперович

Новосибирск - 2013

Список сокращений и обозначений

НС1-ИПС Раствор хлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте

АВ Атомарный водород

МЛЭ Молекулярно-лучевая эпитаксия

РФЭС Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

СХПЭЭВР Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов

высокого разрешения

ФО Фотоотражение

ЭО Электроотражение

CAO Спектроскопия анизотропного отражения

ЭОС Электронная оже-спектроскопия

АСМ Атомно-силовая микроскопия

СТМ Сканирующая туннельная микроскопия

ОЭС Отрицательное электронное сродство

ДМЭ Дифракция медленных электронов

ДБЭ Дифракция быстрых электронов

УФФЭ Ультрафиолетовая фотоэмиссия

ПС Поверхностное состояние

Т Температура

ЗП Зона проводимости

ВЗ Валентная зона

Еь Энергия связи

Ек Кинетическая энергия

МС монослой

D, L, kL Доза экспонирования, Ленгмюр, 10 L

Её Ширина запрещенной зоны

ф8 Поверхностный изгиб зон

d Толщина слоя

Содержание

Введение .....................................................................................................................6

Глава 1. Приготовление реконструированных поверхностей соединений А3В5: пассивация поверхности, реконструкции и электронные свойства..........................15

1.1 Химические способы получения атомарно-чистых поверхностей А3В5..............15

1.2 Методика эксперимента............................................................................................22

1.2.1 Образцы и методы исследования.......................................................................22

Л <

1.2.2 Методика приготовления поверхностей соединений А В химической обработкой в растворе HCl в изопропиловом спирте...............................................24

О с

1.2.3 Морфология поверхностей соединений А В после химической обработки в растворе НС1-ИПС........................................................................................................25

1.2.4 Высоковакуумные исследовательские установки...........................................27

1.3 Удаление собственных оксидов с поверхностей соединений А3В5 химической обработкой в растворе HCl в изопропиловом спирте..................................................29

1.3.1 Формирование пассивирующего слоя мышьяка на поверхностях соединений III-As: GaAs:(001), (111)А,В, (110); InAs(OOl), InAs(l 11)A,B; InGaAs(lOO)..........29

1.3.2 Состав поверхности соединений III-P после обработки

в растворе НС1-ИПС....................................................................................................37

1.3.3 Состав и остаточные загрязнения на поверхности соединений III-Sb после обработки в растворе НС1-ИПС..................................................................................40

1.3.4 Низкотемпературная методика очистки поверхностей III-N(OOOl)...............46

1.4 Стехиометрия, структура и оптические свойства поверхностей

AJBJ.................51

1.4.1 Стехиометрия, структура и оптические свойства поверхностей III-As.........52

1.4.2 Стехиометрия, структура и оптические свойства поверхностей III-P...........64

1.4.3 Структура поверхностей III-Sb..........................................................................68

1.4.4 Структура поверхности GaN(OOOl)...................................................................71

1.4.5 Активирование поверхности GaN(OOOl) цезием и кислородом.....................72

1.5 Основные результаты и выводы к главе 1...............................................................74

Глава 2. Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью GaAs(OOl)................76

2.1 Взаимодействие AB с поверхностью GaAs(OOl)....................................................77

2.2 Методика эксперимента............................................................................................78

2.3 Низкотемпературный метод приготовления атомарно чистой поверхности GaAs(OOl) в атомарном водороде...................................................................................83

2.3.1 Состав и стехиометрия поверхности GaAs(OOl)..............................................83

2.3.2 Реконструкции "вспять": низкотемпературный метод приготовления Ga-стабилизированных поверхностей GaAs(OOl)

обработкой в атомарном водороде.............................................................................87

2.3.3 Изменение работы выхода..................................................................................93

2.3.4 Обсуждение результатов: стехиометрия и реконструкции

на поверхности GaAs(OOl)...........................................................................................94

2.3.5 Новые Ga-стабилизированные реконструкции (4x4) и (2х4)/с(2х8) на поверхности GaAs(OOl)................................................................................................96

2.4 Водород-индуцированный низкотемпературный переход от As- (2х4)/с(2х8) к Ga-стабилизированной (2х4)/с(2х8) поверхности........................................................98

2.5 Пассивация поверхностных состояний атомарным водородом

на поверхности GaAs(OOl)............................................................................................106

2.6 Обратимые изменения уровня Ферми и фотоэдс на поверхности GaAs(OOl)... 108

2.7 Основные результаты и выводы к главе 2.............................................................111

Глава 3. Структурные и электронные свойства поверхности GaAs(OOl) с

адсорбированными атомами щелочных металлов....................................................113

3.1 Адсорбция цезия на реконструированные поверхности

GaAs(OOl)- (2х4)/с(2х8) и (4х2)/с(8х2)........................................................................113

3.1.1 Методика эксперимента....................................................................................115

3.1.2 Кинетика адсорбции Cs на поверхности GaAs(OOl)......................................116

3.1.3 Изменение структуры поверхности GaAs(OOl) при адсорбции цезия.........118

3.1.4 Снижение энергии связи атомов мышьяка на поверхности GaAs(OOl)-(2х4)/с(2х8) под влиянием адсорбированного цезия..............................................121

3.2 Сурфактантные свойства цезия на поверхности GaAs(OOl)................................130

3.2.1 Методика эксперимента....................................................................................132

3.2.2 Изучение роста GaAs(OOl) методом МЛЭ в присутствии Cs.......................133

3.3 Коллективные возбуждения электронной подсистемы в слое цезия на поверхности арсенида галлия.......................................................................................140

3.3.1 Методика эксперимента....................................................................................144

3.3.2 Возбуждение плазменных колебаний в 2D цезиевых кластерах на поверхностях GaAs различной ориентации.............................................................145

3.4 Переход диэлектрик-металл в системе

щелочной металл-поверхность GaAs(OOl)..................................................................153

3.4.1 Методика эксперимента....................................................................................154

3.4.2 Изучение адсорбции Cs при низкой температуре на поверхность GaAs(OOl) методом фотоэмиссии.............................................................................155

3.4.3 Кинетика адсорбции калия и натрия на поверхности GaAs(OOl).................161

3.4.4 Формирование металлической фазы К и Na при низкой температуре........163

3.4.5 Переход металл-изолятор в системе щелочной металл/СаАз(001), индуцированный прогревами до комнатной температуры....................................169

3.4.6 Фазовые диаграммы в системах К и Na на поверхности GaAs(OOl)............171

3.4.7 Переход изолятор-металл в перколяционных системах...............................173

3.4.8 Переход беспорядок-порядок в системах К и Na на поверхности GaAs(OOl) при прогревах до комнатной температуры...........................................176

3.5 Основные результаты и выводы к главе 3.............................................................177

Глава 4. Адсорбат-индуцированное атомно-слоевое травление

поверхности GaAs(OOl).....................................................................................................179

4.1 Взаимодействие йода с поверхностью полупроводников...................................180

4.2 Адсорбция йода на поверхности GaAs(OOl): кинетика адсорбции и изменение работы выхода.............................................................................................182

4.3 Структура поверхности GaAs(OOl) при адсорбции и десорбции йода...............184

4.4 Химические связи йода на поверхности GaAs(OOl): фотоэмиссионные измерения и анализ линии 14d.....................................................................................186

4.5 Химические связи Ga и As на поверхности GaAs (001): фотоэмиссионные измерения и анализ линий As 3d и Ga 3d....................................................................190

4.6 Адсорбат-индуцированное управление стехиометрией и атомно-слоевое травление поверхности GaAs(OOl)...............................................................................197

4.7 Основные результаты и выводы к главе 4.............................................................208

Глава 5. Электрическая и оптическая регистрация спина электрона в спин-фильтрах на основе структур ферромагнетик/полупроводник................................................210

5.1 Методы регистрации спина электронов................................................................210

5.2 Изготовление и характеризация гетероструктур Pd/Fe/oxide/GaAs(001) и Pd/Fe/GaAs(001)..............................................................................................................216

5.2.1 Формирование границы раздела Fe/oKCHfl/GaAs(001)...................................218

5.2.2 Формирование границы раздела Fe/GaAs(001)..............................................221

5.2.3 Электрофизические свойства барьеров Шоттки............................................224

5.2.4 Магнитные свойства структур Pd/Fe/oKCHfl/GaAs и Pd/Fe/GaAs..................227

5.2.5 Электрические и магнитные свойства пассивированной азотом

границы раздела Pd/Fe/N/GaAs(001)........................................................................229

5.3 Инжекция спин-поляризованных электронов в структуры Pd/Fe/GaAs(001).... 230

5.3.1 Спин-зависимый транспорт в структурах Pd/Fe/GaAs..................................232

5.3.2 Оптическая регистрация спина электронов в

структурах Pd/Fe/GaAs/InGaAs.................................................................................235

5.4 Основные результаты и выводы к главе 5.............................................................249

Заключение .................................................................................................................249

Литература .................................................................................................................255

Введение

Развитие методов управления составом и атомной структурой поверхностей полупроводниковых соединений А3В5 с адсорбатами в условиях сверхвысокого вакуума представляет как научный, так и практический интерес. Научный интерес состоит в углублении понимания процессов формирования границ раздела на атомном уровне и изучении связи атомной структуры и электронных свойств поверхности. Практическая значимость связана с необходимостью совершенствования методов приготовления атомарно-чистых поверхностей полупроводниковых соединений А3В5 и поверхностей с адсорбатами с заданным составом, атомной структурой и электронными свойствами для создания приборов полупроводниковой оптоэлектроники. К моменту начала данной работы достаточно

7 е

хорошо были изучены структурные и электронные свойства поверхностей А В с ориентацией (110), получаемых сколом в сверхвысоком вакууме, и поверхностей других ориентаций, приготовляемых с использованием технологии молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). В исследовательских сверхвысоковакуумных (СВВ) установках без молекулярных источников, возможности получения различных реконструкций поверхностей А3В5 более ограничены. Для практически важных поверхностей с ориентацией (001), единственным способом приготовления поверхности с различными реконструкциями долгое время оставался метод десорбции защитного слоя элемента V группы. Возможность получения структурно-упорядоченных поверхностей А3В5 с помощью химической обработки ex situ и прогрева в вакууме в отсутствие потоков элемента пятой группы изучена существенно слабее. В частности, на таких поверхностях не удавалось наблюдать сверхструктурные перестройки, ранее обнаруженные на поверхностях А3В5, приготавливаемых с использованием МЛЭ. Реконструированные поверхности InAs(lll)A и GaAs(OOl) после химического удаления оксидов и прогрева в вакууме впервые были получены в Институте физики полупроводников СО РАН [1,2]. После химической обработки арсенида галлия в безводном растворе хлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте (НС1-ИПС) в инертной атмосфере азота и прогрева в СВВ был получен весь ряд реконструкций на поверхности GaAs(OOl) [2]. Тем не менее, вопросы о механизме формирования

пассивирующего слоя мышьяка при химической обработке в НС1-ИПС, о влиянии этой обработки на морфологию поверхности GaAs(OOl), а также о возможности приготовления реконструированных поверхностей GaAs других кристаллографических ориентаций оставались невыясненными. Для других полупроводниковых соединений А3В5 возможность приготовления структурно-упорядоченных поверхностей без использования техники МЛЭ не изучались.

Альтернативным методом приготовления атомарно-чистых поверхностей А3В5 является обработка поверхности полупроводника in situ в атомарном водороде (АВ). Большинство работ по изучению взаимодействия АВ с поверхностью GaAs(OOl) посвящено изучению состава поверхности [3]. Структура поверхности GaAs(OOl) при обработке в АВ изучена в меньшей степени, а имеющиеся результаты не дают полного представления о взаимосвязи между условиями обработки, составом поверхности и её структурой.

Сложность в изучении адсорбции на полярных гранях полупроводников А3В5 связана с тем, что в зависимости от соотношения элементов III и V групп в приповерхностном слое наблюдается большое число реконструкций [2,4]. В зависимости от ориентации и стехиометрии поверхности, при взаимодействии с щелочными металлами и молекулярными галогенами наблюдается формирование упорядоченных структур на одних поверхностях, тогда как другие поверхности разупорядочиваются [5,6]. В связи с этим, остаются актуальными вопросы о влиянии стехиометрии и атомной реконструкции исходной поверхности GaAs(OOl) на эволюцию структурных и электронных свойств поверхности при адсорбции электроположительных (цезия) и электроотрицательных (йода) адсорбатов, о влиянии адсорбат-индуцированной передачи заряда на ослабление связей поверхностных атомов, а также о природе перехода изолятор-металл в системе щелочной металл-поверхность полупроводника.

При создании гетероструктур для научных исследований и приборов наноэлектроники необходимо развивать не только методы атомно-слоевого выращивания, но и атомно-слоевого травления полупроводников. Известные методы травления предельно-тонких слоев полупроводников основаны на их контролируемом окислении и последующем растворении слоя оксида, толщина которого определяется режимом окисления. Предельное разрешение этих методов по

толщине не превышает 2-3 МЬ. Методы сухого (газофазного) травления, такие как реактивное ионное и ионно-пучковое травление, широко используемые в технологии изготовления полупроводниковых структур, не позволяют контролировать травление на атомном уровне. Атомно-слоевое («цифровое») травление может быть реализовано на полярных гранях бинарных полупроводниковых соединений А3В5 путём использования адсорбатов, селективно реагирующих с поверхностными атомами разных столбцов таблицы Менделеева и уменьшающих энергию связи определенных поверхностных атомов подложки. С другой стороны, уменьшение энергии связи поверхностных атомов должно приводить к увеличению коэффициента поверхностной диффузии. Известно, что увеличения коэффициента поверхностной диффузии можно достичь с помощью сурфактантов - поверхностно-активных веществ, которые изменяют условия роста, но сами не встраиваются в растущий кристалл, сегрегируя на поверхность. Примером эффективного сурфактанта служит атомарный водород, позволяющий значительно снизить температуру роста ОаАэ без потери структурного качества растущей пленки [7]. Еще более выраженные сурфактантные свойства можно ожидать у цезия: имея один валентный электрон и большой ковалентный радиус, Сз не может встроиться в решетку, а высокий коэффициент диффузии и эффект СБ-индуцированного перераспределения заряда должен приводить к уменьшению энергии связи поверхностных атомов подложки и, следовательно, к увеличению их коэффициента диффузии. Идея, лежащая в основе использования сурфактантов, может быть применена как для низкотемпературного роста полупроводников, так и низкотемпературного приготовления структурно-упорядоченных поверхностей.

3 5

Возможность управления составом и структурой поверхностей А В используется для оптимизации границы раздела (Сэ-0)/А3В5 [8]. Интерес к изучению границ раздела (Сз-0)/А3В5 обусловлен возможностью достижения эффективного отрицательного электронного сродства и создания сверхчувствительных, малошумящих, быстродействующих фотоприемников, а также источников ультрахолодных и спин-поляризованных электронов [9]. Помимо источников спин-поляризованных электронов, востребованными являются детекторы спин-поляризованных электронов [10]. Недостатком известного детектора Мотта является громоздкость и необходимость использования высоких напряжений (до ~ 100 кэВ).

Компактной альтернативой детектору Мотта может стать магнитный барьер Шотгки на основе структуры Fe/GaAs [11].

Таким образом, развитие методов контролируемого изменения физико-химических свойств поверхностей полупроводников А3В5, заключающихся в управлении составом и структурой поверхности, как с помощью «ех situ» методов модификации поверхности («жидкой химии»), так и «in situ» (адсорбат-индуцированного изменения поверхностных реконструкций в вакууме), актуально для решения научных задач в области физики поверхности и соз