Адсорбция фуллеренов C60 на поверхностные реконструкции систем Au/Si(111), In/Si(111) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

МАТЕЦКИЙ Андрей Владимирович

Адсорбция фуллеренов Сео на поверхностные реконструкции систем Au/Si(lll), In/Si(lll)

Специальность — 01.04.10 Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 3 Д 3 Г 2012

Владивосток 2012

005046716

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, г. Владивосток, РФ.

Научный руководитель: член-корреспондент РАН, профессор

Саранин Александр Александрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Галкин Николай Геннадьевич

доктор физико-математических наук, Молочков Александр Валентинович

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук, г.Хабаровск

Защита состоится 17 сентября 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 005.007.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН по адресу: 690041, г.Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН.

Автореферат разослан 13 августа 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Гамаюнов Е.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы исследования. Рост исследований в области на-нотехнологий во многом связан с теми проблемами, которые ставила перед учеными и инженерами интенсивно развивающаяся технология кремниевой электроники. Увеличение мощности вычислительных приборов, их быстродействия, уменьшение стоимости - все эти задачи требовали всё более точных инструментов. До сих пор, для решения данных задач использовались технологии литографии - подход „сверху-вниз", в рамках которого различными технологическими ухищрениями удавалось уменьшать размеры существующих кремниевых чипов. Успех данного подхода хорошо иллюстрирует „закон Мура": последние 30 лет, каждые 18-24 месяца число элементов в чипе удваивалось. Однако, предполагается, что данный подход достиг своего физического предела. Это связано с тем, что при достаточно малых размерах функциональных элементов такие факторы, как квантовое туннелирование, чрезмерная диссипация энергии, флуктуация концентрации примесных атомов, начинают играть не последнюю роль. Всё это стало причиной поиска альтернатив нынешней технологии микроэлектроники, одной из которых является молекулярная электроника.

Технологии молекулярной электроники предполагают использование подхода „снизу-вверх", когда создание структурных элементов цепи происходит путем самосборки их из молекул. Электронные свойства, структура, морфология, состав, размер и т.д. молекул как строительных блоков может при этом варьироваться в широких пределах. Помимо решения задачи получения молекул с заданными свойствами, которая лежит скорее в области химического синтеза, для реализации технологии молекулярной электроники необходимо изучить изменения, которые происходят в молекулах и подложке при их объединении в комплекс, при внесении функционального интерфейса, электрических контактов, при протекании тока, при приложении внешних сил и т.д. Такие исследования помогут выработать необходимые основные принципы для строительных блоков молекулярной электроники. Наконец, для конечной реализации парадигмы „снизу-вверх" необходимо разработать методы для организации молекулярных блоков и структурных элементов на масштабах различного размера. Это включает в себя не только упорядочение строительных блоков в плотноупакованный взаимосвязанный массив, но и сохранение проектной архитектуры предполагаемого устройства с необходимыми промежутками и связями между элементами.

Ввиду возможности использования хорошо развитых кремниевых тех-

нологий, поверхность кремния является перспективным кандидатом для использования в качестве интерфейса при создании молекулярных структур. Некоторым препятствием здесь служит большое количество химически активных ненасыщенных связей на поверхности кремния, что зачастую приводит к диссоциации молекул при адсорбции и образованию плохоупорядоченных слоев [1]. Модификация поверхности кремния с помощью формирования на ней субмонослойных металлических слоев приводит к снижению плотности оборванных связей, что частично или полностью решает данную проблему. Кроме того, при такой реконструкции значительно меняются физические и химические свойства поверхности, что дает еще один способ для управления процессами самоорганизации молекул.

Молекулы фуллеренов выглядят перспективными кандидатами в качестве строительного блока при разработке технологии молекулярной электроники. Это связано с высокой стабильностью и степенью симметрии, способностью к самоорганизации [2] фуллеренов, а также богатым набором электронных свойств, которые могут быть изменены путем легирования данных молекул [3].

Все вышесказанное определило актуальность выбранного направления исследований — изучение молекулярных массивов, образованных при адсорбции фуллеренов Ссо на поверхностных реконструкциях систем Au/Si(l 11), In/Si(l 11).

Целью диссертационной работы является изучение адсорбции фуллеренов Сео на реконструированных поверхностях кремния и тех взаимодействий вида молекула-подложка, которые сопровождают данный процесс.

Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Экспериментально исследовать адсорбцию фуллеренов Сео на поверхностной реконструкции Si(lll)\/3 х \/з-1п и изучить роль, которую играют поверхностные дефекты в процессах формирования молекулярного массива.

2. Провести экспериментальные исследования стабильности поверхностных реконструкций системы In/Si(lll) при адсорбции на них фуллеренов.

3. Экспериментально исследовать адсорбцию фуллеренов Сео на реконструкциях вида v/3xv/3 системы Au/Si(l 11) без оборванных связей

и изучить влияние антифазных границ на структуру молекулярного слоя.

4. Изучить массивы „магических" островков Соо на Si(l 1 l)-/i-\/3 х \/3-(Au,In) и выяснить причины их формирования.

Научная новизна работы. В работе получены новые экспериментальные результаты, основными из которых являются следующие:

1. Изучена роль дефектов замещения при адсорбции Соо на Si(l 11)\/Зх л/3-In, которые определяют адсорбционные места на начальных этапах роста плёнки. Кроме того, исследовано влияние молекул Сео, оказываемое на локальную структуру поверхности, выраженное в смещениях атомных рядов и захвате мобильных вакансий.

2. Обнаружены фазовые переходы между реконструкциями системы In/Si(lll) при адсорбции Сбо - от менее плотной к более плотным. Данные переходы объяснены вытеснением атомов индия фуллерена-ми.

3. Сформированы гексагональные плотноупакованные упорядоченные массивы молекул С6о на поверхности Si(l 11)-а-\/3 х \/3-Аи. Изучена природа различного СТМ контраста фуллеренов в слое, которая объяснена различием электронной структуры фуллеренов.

4. Сформированы гексагональные плотноупакованные упорядоченные массивы молекул Соо на поверхности Si(l 1 l)-/i-\/3 х \/3-(Au,In). Обнаружена структура муара с периодом решетки у/129 х л/129, образуемая при наложении гексагональной решетки 1x1, сформированной фуллеренами, на гексагональную решетку \/3 х \/з кремния. В данной структуре появление более высокого СТМ контраста у части фуллеренов являются следствием того, что молекулы Сео периодически занимают энергетически невыгодные положения над тримерами золота. В этих положениях они выглядят на СТМ изображениях выше на 1-1.5 А, чем окружающие молекулы Сео-

5. На поверхности Si(l 1 l)-/i-\/3 х \/3-(Au,In) обнаружены островки Сео исключительно стабильных форм и размеров по отношению к другим островкам (магические островки). Показано, что причиной их появления является рельеф энергии адсорбции, обусловленный несоответствием решеток подложки и адсорбата и имеющий наименее выгодное положение адсорбции над тримером золота. Показана возможность формирования практически монодисперсного массива фул-лереновых островков.

Практическая ценность работы заключается в апробации методологического инструментария, который обеспечивается применением поверхностных реконструкций при создании молекулярных структур. На примере Si(lll)\/3 х \/3-1п показано, что, при наличии оборванных связей, именно они определяют будущее пространственное расположение молекулярных структур. При их отсутствии, молекулы легко формируют пленки со структурой, соответствующей их молекулярным кристаллам, как это было показано для случая Ceo/Si( 111)-а-\/3 х \/3-Аи и Cco/Si(l 11)-Л-\/3 х \/3-(Аи,1п). При этом следует учитывать, что ада-томы в используемых реконструкциях должны быть сильно связаны с кремнием и друг с другом, иначе адсорбция молекул приведет к разрушению реконструкции и образованию связи молекула-кремний и/или к изменениям структуры поверхности, как это наблюдается в той или иной степени для случая реконструкций системы In/Si( 111).

В работе предложен и опробован новый подход, в котором процессы самоорганизации направляются рельефом энергии адсорбции, образованным наложением решеток подложки и адсорбата, который может быть использован для создания массива магических молекулярных кластеров.

На защиту выносятся следующие основные положения

1. Адсорбция Ceo на Si(lll)\/3 х \/3-1п приводит к формированию неупорядоченного массива. На поверхности фуллерены ориентированы либо пятиугольным, либо шестиугольным углеродным кольцом вверх. На первых этапах напыления предпочтительными местами адсорбции фуллеренов служат положения над атомами In, которые являются ближайшими соседями дефекта замещения. Адсорбированные фуллерены привносят некоторое напряжение в реконструкцию, которое иногда снимается через смещение атомов In из положения Т4 в положение Нз по направлению к мобильным вакансиям, случайно оказавшимся в напряженной области в процессе блуждания. При этом происходит „захват" мобильной вакансии.

2. Адсорбция Cgo на Si(lll)-2 х 2-In, Si(l 1 l)-hex-%/7 х л/З-In приводит к формированию неупорядоченных массивов. Фуллерены ориентированы шестиугольным кольцом вверх. При адсорбции одна молекула Cgo вытесняет ~1-2 и ~3-6 атомов индия на поверхностях 2 х 2-1п и \fl х \/3-hex, соответственно. Это приводит к структурному переходу от менее плотной фазы к более плотной: Si(lll)-2 х 2-1п замещается Si(l 1 l)-hex-\/7х %/5-In, a Si(l 1 l)-hex-\/7x ч/3-In замещается Si(lll)-rec-\/7 x \/3-In.

3. Фуллерены, адсорбированные на поверхности Si(l 11)-а-\/3 х л/З-Аи,

формируют упорядоченный массив. На поверхности присутствуют два типа доменов: повернутые на 1° и на 19.1° относительно направления (101). Наложение гексагональной решетки 1x1, образованной фуллеренами, на гексагональную решетку \/3 х \/3 кремния, содержащую сеть антифазных границ приводит к формированию муарных линий в слое фуллеренов, которые перпендикулярны антифазным границам подложки. Электронная структура фуллеренов в линиях муара и вне их различна. Данное различие в электронной структуре фуллеренов наследуется следующими слоями после первого вплоть до четвертого.

4. Адсорбция С6о на поверхность Si(l 1 l)-/i-\/3 х %/3-(Au,In) приводит к формированию упорядоченного массива. На поверхности присутствуют два типа доменов: повернутые на 1° и на 19.1° относительно направления (101). Фуллерены в 1°-доменах имеют различный контраст, а те из них, которые лежат строго над тримерами золота, находятся в наименее выгодных энергетических положениях и выглядят выше в СТМ изображениях, чем остальные. Они образуют решетку с периодом у/129 х \/129.

5. Дозревание при комнатной температуре массива островков Соо, сформированных при низких температурах (110-115 К), приводит к формированию массива островков с дискретным распределением по размерам (только определенные, „магические" конфигурации островков являются стабильными). Наиболее стабильным для покрытия 0.050.1 МСс60 и комнатной температуры является островок из 37 фуллеренов (до 80 % всех островков). Причиной появления магических островков является рельеф энергии адсорбции с наименее выгодным положением над тримером золота, масштабированный несоответствием решеток подложки и адсорбата. Такой рельеф можно представить как периодическое потенциальное поле с решеткой \/129 х -/129, в узлах которой находятся максимумы потенциальной энергии.

Апробация результатов работы Основные результаты работы докладывались на международных, российских и региональных конференциях, в том числе на:

Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (г. Владивосток, Россия, 2010 г.); Русско-японском семинаре по поверхностям полупроводников RJSS-9 (г. Владивосток, Россия, 2010 г.); Азиатской школе-конференции по физике и технологии наноструктурных материалов ASCO-NANOMAT (г. Владивосток, Россия, 2011 г.); Международном симпозиуме "Нанофизика и нано-электроника"(г.Нижний Новгород, Россия, 2011 г.); Азиатской школе-

конференции по физике и технологии наноструктурных материалов АБСО-ЫАЫОМАТ (г. Владивосток, Россия, 2010 г.); Международной конференции по пленкам и поверхностям твердых тел 1С5Р5-15 (г. Пекин, Китай, 2010 г.); Международном симпозиуме "Нанофизика и нано-электроника"(г.Нижний Новгород, 2012 г.); Международном симпозиуме по науке о поверхности и нанотехнологии ^ББ-б (г. Токио, Япония, 2011 г.); Десятой региональной научной конференции "ФИЗИКА: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБРАЗОВАНИЕ"^. Владивосток, 2011 г.); Международной конференции и Школе молодых учёных „Кремний-2012" (г. Санкт-Петербург, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, входящих в Перечень ведущих периодических изданий ВАК.

Личный вклад автора заключается в подготовке и проведении экспериментов, и интерпретации полученных результатов. Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 113 страниц, включая 55 рисунков и список литературы из 132 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отображена актуальность темы исследования, научная новизна и практическая ценность работы, сформулирована ее цель и задачи, указаны основные защищаемые положения, представлен список конференций, семинаров и школ, на которых докладывались результаты диссертационной работы, приведен список публикаций по тематике диссертационной работы, а также даны краткие сведения об объеме и структуре самой диссертации.

Первая глава является обзорной. Описаны строение и электронные свойства молекул Сбо, рассмотрены технологии молекулярной электроники с использованием этих фуллеренов в качестве строительного блока

и возможности исследования фуллеренов с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и спектроскопии (СТС); проведен анализ литературных данных по адсорбции ССо на атомно-чистых поверхностях металлов и кремния и на поверхностных реконструкциях Si(111); дано сравнение данных поверхностей в качестве подложек для роста молекулярных структур и показана перспективность использования поверхностных реконструкций для управления процессами самоорганизации молекул на поверхности.

Во второй главе кратко рассмотрены условия проведения эксперимента и метод СТМ. Эксперименты выполнялись на сверхвысоковакуумной установке Omicron STM-XA, оснащенной СТМ с возможностью нагрева и охлаждения образца во время сканирования, оборудованием для подготовки подложки и напыления различных металлов и Сбо-

Третья глава диссертационной работы посвящена исследованию адсорбции фуллеренов Сбо на поверхностные реконструкции системы In/Si(lll). В начале главы дано рассмотрение структуры и способов приготовления используемых в работе поверхностных фаз системы In/Si(lll). Далее приведены экспериментальные данные по взаимодействию фуллеренов Сбо с точечными дефектами реконструкции Si(l 11)\/3 х \/ЗТп (далее \/ЗТп).

Адсорбция Сбо на фазу \/ЗТп не приводит к формированию пленки с дальним порядком (рис. 1 (а)). Кроме того, на СТМ изображениях хорошо различима внутримолекулярная структура, т.е. вращение фуллеренов подавлено, что, как и отсутствие упорядоченных молекулярных массивов, указывает на достаточно сильную связь адсорбата с подложкой. Анализ СТМ данных и сопоставление их с известным пространственным распределением LUMO и LUMO+1 [4] показали, что молекулы на поверхности \/ЗТп ориентированы либо пятиугольными, либо шестиугольными углеродными кольцами вверх („5" и „6" на вставке рис.1 (а), соответственно).

На поверхности \/3-1п оборванные связи насыщены и единственным их источником являются дефекты замещения, которые играют определяющую роль на первых этапах адсорбции Сео- Сопоставление СТМ изображений одного и того же места до и после адсорбции ~ 0.1 МСсС0 (1 фуллереновый монослой « 1.16 х 1014 молекул/см2) показало, что все Соо можно разбить на три группы по местам адсорбции: первая - Сео, связанные с дефектами замещения, вторая - Сбо. связанные с другими фуллеренами, но не с Si-дефектами, третья - изолированные фуллерены. Статистический анализ показал, что фуллерены преимущественно связа-

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Расстояние (нм)

Рис. 1: Сбо/\/3-1п: (а) - Изображение СТМ (300x250 А2) поверхности после ад-

сорбции 0.1 МСС(т при КТ. Области с нарушенным упорядочением обозначены окружностями. Во вставке - СТМ изображение (40x50 А2,К, = 2.5 В, / = 0.9 нА) фул-леренов со схематически наложенными углеродными кольцами, адсорбированных на \/3-1п: цифрами „5" и "6" отмечены фуллерены, ориентированные вверх пятиугольными и шестиугольными кольцами, соответственно, (б) - Гистограмма радиального распределения С60 по расстоянию от 51-дефекта, которым он был захвачен, (в) - схематическая модель упорядочения атомов в искаженной области. Захваченная вакансия обозначена штрихованной окружностью. Атомы 1п в регулярных позициях Т4 обозначены серыми кружками, а смещенные в позиции - черными кружками. Сбо обозначены большими светло-серыми кружками.

ны с 51-дефектами (~ 75%), ~ 20 % относятся ко второй группе и ~ 5 % к третьей. Такое распределение указывает на то, что фуллерены имеют тенденцию к образованию двумерных островков, но в процессе миграции могут быть захвачены 51-дефектами.

Детальный

анализ пространственного распределения С§о из первой группы (рис. 1 (б)) показывает, что они преимущественно расположены на расстоянии 0.66 нм от дефекта замещения, что соответствует постоянной решетки подложки л/3а0 (ао - постоянна решетки кремния 0.384 нм). Таким образом, большинство Сбо лежат над атомами 1п, которые являются ближайшими соседями Бьдефекта. Кроме того, на распределении в дополнение к основному максимуму заметен небольшой максимум при ~ 0.38 нм (и ао), который соответствует положению Т4 в центре треугольника, образуемого Бьдефектом и двумя атомами 1п.

Было обнаружено, что фуллерены в свою очередь оказывают заметное влияние на исходную структуру поверхности -</ЗТп. На рис. 1 (а) видны локальные нарушения периодичности, возникающие в областях,

окруженных несколькими фуллеренами (обозначены чёрными окружностями). Схематическое изображение атомного упорядочения для одной такой области представлено на рис. 1 (в). Главными особенностями данной области являются появление вакансии в центре треугольника из трех Сбо (помечена штрихованной окружностью) и смещение атомов индия из исходных положений Т4 в положения Яз вдоль линий, соединяющих Ссо и вакансию в центре.

Теоретические данные [5] указывают на то, что помимо адатомов диффузии на поверхности подвержены также вакансии. Такие мобильные вакансии, были обнаружены на при низких температурах в про-

цессе исследований в рамках данной работы. Вышеописанные нарушения структуры можно связать с „захватом" мобильной вакансии, когда напряжение, вносимое фуллеренами в индиевый слой, снимается через смещение атомов по направлению к ней.

В следующем разделе приведены экспериментальные данные исследования адсорбции фуллеренов Сбо на поверхностных фазах In/Si(111), характерные взаимными фазовыми переходами при напылении дополнительного индия при КТ [6]: Si(l 11)2х2-1п (далее 2 х 2-In), Si(l 1 \)-hex-\/l х \/ЗТп (далее \/l х -v/3-hex), Si(l 1 \)-rec-s/7 х \/3-1п (далее \/7 х \/3-гес). Эти реконструкции отличаются покрытием: 2 х 2-1п - 0.75 МС, V7 х V3-hex - 1 МС, V7 х д/З-гес - 1.2 МС.

Как и в случае с \/ЗТп, фуллерены адсорбируются на х \/3-hex и 2 х 2-1п в качестве индивидуальных молекул или двумерных островков случайной формы, внутри которых они не формируют упорядоченного массива (рис. 2). На изображениях СТМ высокого разрешения (вставки на рис. 2 (а) - 2 х 2-1п, (г) - \/7 х \/3-hex ) видна внутримолекулярная структура фуллеренов: практически все они выглядят как трилистный клевер, что как и в случае адсорбции на поверхность \/3-1п, предполагает ориентацию фуллерена шестигранным углеродным кольцом вверх [4].

Несмотря на то, что исходная поверхность не выглядит искаженной после адсорбции фуллеренов, воздействие их на исходную структуру значительно. При адсорбции Ceo на 2 х 2-1п и \П х \/3-hex происходит постепенный структурный переход менее плотной индиевой фазы в более плотную: при адсорбции Ceo на 2 х 2-1п она переходит в \fl х \fb-hex (рис. 2 (а-в)), a х \/3-hex в \/7 х %/3-гес (рис. 2 (г-е)). Здесь можно провести аналогию с адсорбцией фуллеренов на металлические поверхности, когда Сбо формируют ямки, вытесняя нижележащие атомы металла, увеличивая тем самым энергию связи с подложкой [7].

На протяжении процесса осаждения Соо количество индия остается постоянным, и для каждого момента времени выполняется равенство:

Рис. 2: Серии СТМ изображений, иллюстрирующие структурные переходы между фазами системы In/Si (111) при адсорбции фуллеренов; (а-в) - 2 х 2-1п —> у/7 х \/3-hex (размер СТМ изображений 420x500 А2), (г-е) - у/7 х \/3-hex -> у/7 х \/3-гес (размер СТМ изображений 840x1000 А2). На вставках (а,г) - СТМ изображение (10x10 А, V5=2.0 В, 1=0.8 нА) высокого разрешения фуллеренов, адсорбированных на 2 х 2-1п (а) и на у/7 х \/3-hex (г). в обоих случаях видна внутримолекулярная структура в виде трилистного клевера, что говорит об ориентации С60 шестиугольным углеродным кольцом вверх. Доли площади, занимаемые фазами в процессе напыления, для соответствующих экспериментов представлены на вставках: (в) - 2 х 2-1п у/7 х \/3-hex, (е) - у/7 х \/3-hex -4- у/7 х \/3-гес.

eaSa + 9f]Se + QxScw = const, (1)

где Sa, S/з и 5ceo - площади, занимаемые фазами с покрытиями ©а < 9/j и фуллеренами соответственно, а 6г - среднее покрытие индия под фуллеренами . Продифференцировав (1) по Sce0, получаем:

+ = (2) ObCso СЙСео

На графиках во вставках на рис. 2 (в,е) представлена зависимость долей площадей, занимаемых фазой /3 и фазой а, от доли площади занятой фуллеренами: (в) эксперимент 2 х 2-In —» %/7 х \/3-hex , (е) эксперимент

y/7 x \/3-hex —¥ y/7 x \/3-rec. Очевидно, что наклоны на графиках соответствуют производным в (2). Подставляя их значение и значения для покрытий 02x2=0-75 МС, Qhex=1 МС, 9rec=1.2 МС, получаем:

q2x2-+hex = Q б25 ± Q 025 МС Qhex->rec = q q ± qл mq

Площадь, занимаемая одним фуллереном на экспериментальных СТМ изображениях равнялась 1.4±0.2 нм2. Тогда, количество атомов индия, вытесняемых одним фуллереном из поверхностной фазы равно 1.4 -7.83 • (0а — Qx), что соответствует с учетом ошибок: для 2 х 2-1п - 1-2 атомам, для у/7 х -y/3-hex - 3-6 атомам.

Адсорбция Соо на y/7 х %/3-гес в отличие от 2 х 2-1п и у/7 х ч/3-hex не приводит к фазовому переходу, а адсорбция на поверхность состоящую из у/7 х л/З-гес с редкими и небольшими участками у/7 х \/3-hex, приводит к тому, что островки Сео зарождаются и растут именно на доменах у/7 х \/3-hex или на границе у/7 х \/3-гес и y/7 х \/3-hex. Когда же вся поверхность у/7 х \/3-hex оказывается занятой, начинается рост второго фуллеренового слоя, что указывает на смену режима роста с послойного на островковый, из чего следует, что Соо не смачивают поверхность у/7 х л/З-гес.

Четвёртая глава диссертационной работы посвящена исследованию адсорбции фуллеренов Сео на поверхностные фазы системы Au/Si( 111) с решеткой \/3 х y/3: Si(l 11)-а-\/3 х %/3-Аи (далее а-\/3-Аи) и Si(lll)-h-y/З х \/3-(Au,In) (далее /i-\/3-(Au,In)). Вторая является модификацией первой, в которой отсутствует характерная сеть из большого числа антифазных границ (АГ), и присутствует дополнительный индий в виде адатомного газа [8].

Исследования показали, что фуллерены на поверхности Si(l 11)-а-\/3-Аи проявляют поведение схожее со случаем адсорбции на металлических поверхностях. Они образуют компактные двумерные островки, центром зарождения которых чаще всего служат ступени подложки. Островки имеют упакованную гексагональную структуру (рис. 3 (а)) с постоянной решетки равной, исходя из результатов преобразования Фурье, примерно 10 Á. Фуллерены в большинстве доменов лежат вдоль основного направления поверхности Si(lll) - (101). Однако в некоторых из них они повернуты на 19.1° относительно данного направлений.

Ключевой особенностью фуллеренового слоя на а-\/3-Аи является наличие фуллеренов с более высоким СТМ контрастом, которые образуют структуру похожую на сеть АГ исходной подложки (рис. 3 (а)): в слое наблюдаются линии из Ссо (далее КЛ - от „контрастные линии"), СТМ контраст которых зависит от приложенного смещения также как

(а) (б) (в)

Рис. 3: Сбо/a-V^-Aii: (а) - СТМ изображение (700x750 А2) островка фуллеренов, записанное при смещении на образце ± 2 В. Видны линии из рядов Сбо. которые выглядят ярче при +2 В и темнее при -2 В, повторяя тем самым зависимость контраста АГ подложки от смещения, (б) - СТМ изображение (250x130 А2), обработанное с применением высокочастотного фильтра, которое иллюстрирует направление АГ подложки и линий фуллеренового слоя, (в) - Модель, иллюстрирующая появление дополнительных муарных линий в гексагональном фуллереновом слое, осажденном на гексагональную кремниевую решетку л/Зхл/З с одной АГ (верх - подложка, низ - подложка+адсорбат).

контраст АГ а-\/3-Аи [8]. Зависимость от смещения, как и разница в электронной структуре Сбо в KJI и вне них (спектры туннельной спектроскопии показаны на вставке рис. 3 (а)), говорит о том, что различие в контрасте фуллеренов является электронным эффектом, а не топографическим. Кроме того, данный контраст сохраняется с некоторым размытием вплоть до четвертого слоя пленки фуллерита.

В то же время, следует отметить, что структура KJI слоя фуллеренов не просто повторяет структуру сети АГ подложки. При детальном рассмотрении оказывается, что KJ1 фуллеренового слоя перпендикулярны АГ а-\/3-Аи. Так, АГ подложки имеют направление (121) (т.е. вдоль направления основных векторов решетки л/3), a KJI фуллеренового слоя -(101) (рис. 3 (б)). Данный эффект можно объяснить тем, что при наложении решетки фуллерита плоскостью (111) на решетку подложки, помимо основного муара возникают дополнительные линии муара на группах АГ. Направление этих линий при этом перпендикулярно АГ (рис. 3 (в)).

Для исследования адсорбции фуллеренов на поверхность без доменных стенок была выбрана та же поверхность а-\/3-Аи, но модифициро-

(а) (б) (г)

Рис. 4: СбоА-\/3-(Аи,1п): (а) - СТМ изображение (1000x1920 А2) различных доменов С6о, ряды молекул в которых направлены: А - вдоль (101), В - под 19.1° к (101). (б) -крупный план (200х 140 А2) доменов А и В. (в) - СТМ изображение (150x90 А2) участка поверхности на границе фуллеренового островка и /i-\/3-(Au,In). На изображение наложена гексагональная сетка решетки /i-%/3-(Au,In). Во вставке - увеличенное изображение подложки с наложенной сеткой, узлы сетки располагаются в темных пятнах в центах сот и соответствуют тримерам золота, (г) - Схематическая модель плотноупа-кованного массива С60, наложенного на решетку а-\/3-Аи без доменных стенок. Яркие С60, обозначенные светлыми кружками, находятся строго над золотыми тримерами. Элементарные вектора трансляции поверхности Si(lll) обозначены at и а2, а решетки фуллерита Aj и А2. R - Трансляционный вектор суперрешетки л/129 х л/129.

ванная индием - Si(l 1 l)-h-\/3 х \/3-(Au,In) (далее /i-\/3-(Au,In)). Осаждение фуллеренов на /г-\/3-(Аи,1п), также как и в случае а-л/3-Au, приводит к формированию плотноупакованного молекулярно слоя, большинство доменов которого направлены вдоль основных кристаллографических направлений подложки, а часть повернуты на 19.1° относительно него (рис. 4 (а), обозначены „А" и „В", соответственно). Детальное рассмотрение данного молекулярного массива показало, что фуллерены домена В не отличаются по контрасту, в то время как в доменах А более высокие по контрасту фуллерены образуют практически идеальную двумерную решетку муарного типа (рис. 4 (б)).

Наложение гексагональной сетки подложки (рис. 4 (в)) на островок домена „А" показало, что яркие Сво располагаются над СТМ минимумами, которые соответствуют тримерам золота [8]. Наиболее вероятно,

что их более высокий контраст частично связан с их большей высотой

1-И.5 А на СТМ изображениях), так как наблюдаемая муарная картина не зависит от приложенного смещения. Следует заметить, что, как и в случае с а-\/3-Аи, муарная картина распространяется на следующие после первого слои с некоторым размытием.

На рис. 4 (г) исходная структура /г-\/3-(Аи,1п) сопоставлена с наблюдаемой муарной картиной молекулярного слоя. Вектор трансляции фул-лереновой суперрешетки R может быть представлен как R=2Ai+3A2 в единицах решетки Ceo (А=10.0 А). Длина вектора R составляет \/19А=43,59 А. С другой стороны, вектор R может быть представлен в единицах решетки Si(lll), а=3,84 А, и тогда R=5ai+8a2, и имеет длину \/129а=43,61 А. Данная оценка демонстрирует, что муарная суперрешетка С6о и решетка Si(lll) практически идеально совпадают. Однако следует заметить, что углы между R и векторами трансляции Ai и a.i составляют 36.587°для суперрешетки \/19А и 37.589°для суперрешетки \/129а. Таким образом, для идеального совпадения массив Сео должен быть повернут на 1°0'8" относительно подложки, как это и изображено на модели.

Пятая глава диссертации посвящена исследованию магических островков Сео в системе CeoA-\/3-(Au,In). Магическими островками (магическими кластерами) называют островки, состоящие из определенного числа Nm частиц, обладающие более высокой стабильностью по сравнению с другими на данной поверхности [9]. Чтобы способствовать самоорганизации частиц в большие островки и уменьшить их дисперсию по размерам, в качестве подложек используют поверхности с негомогенными адсорбционными позициями [7]. В данной работе рассмотрен другой подход, когда процессы самоорганизации задаются динамическим муаром и соответствующим ему потенциальным рельефом системы подложка-адсорбат.

Расчеты, основанные на теории функционала плотности, показали, что для Л-\/3-(Аи,1п) наиболее выгодным является положение Сео над атомом кремния, а наименее выгодным - положение над тримером золота, разница в энергии между этими позициями составляет 0.29 эВ. Таким образом, в домене „А" слоя Ceo//i-\/3-(Au,In) для фуллеренов имеется периодическое потенциальное поле энергии адсорбции, представляющее собой решетку л/129 х л/129 потенциальных пиков, пространственное положение которых определяется суперпозицией фуллереновой решетки и решетки подложки.

Данное поле интересным образом направляет процессы самоорганизации. На рис. 5 (б) представлено СТМ изображение массива фулле-

Рис. 5: Отжиг до KT и последующее дозревание при KT массива островков Сбо, сформированного адсорбцией при 115 К: (а) - Гистограммы распределения островков по размерам для соответствующих экспериментов, (б) - Исходный массив островков при 115 К (в) - Массив (а) после отжига до комнатной температуры. Буквами обозначены соответствующие домены, (г) - Дозревание островков до 37-меров: (1)-(3) - Серия из трех СТМ изображений (175x175 А2), иллюстрирующая эволюцию менее стабильных 48-мера и 44-мера в 37-мер в процессе отжига при KT. Подобные процессы определяют динамику распределения островков по размерам в (а).

реновых островков различных размеров и форм, образованного при напылении Сео (0.11 MCсв0) на при 115 К. Распределение островков по размерам данного массива представлено широким пиком с размером среднего островка ~15 Сбо (гистограмма „115 К", рис. 5 (а)). Последующий отжиг вплоть до KT приводит к укрупнению островков и появлению правильных кристаллических форм (рис. 5 (в)). Направление фуллереновых рядов внутри островков как и для случая пленок может или совпадать с основным кристаллографическим направлением Si(lll) (такие островки обозначены буквой „А" на рис. 5 (в), или быть развернутым на 19.1°(„В"). Наибольший интерес, однако, вызывает распределение островков по размерам после такой процедуры (гистограмма „30 мин.", рис. 5 (а)). Вместо широкого пика оно представлено несколькими дискретными пиками, которые соответствуют стабильным конфигурациям островков (магическим островкам).

На рис. 6 представлены СТМ изображения нескольких магических островков, полученных при различных условиях. Все островки можно разделить на группы по количеству перекрывающихся гексагонов, их

составляющих, которое также равно количеству пятен из ярких фул-леренов в них. Видно, что маленькие островки (рис. 6 (а)) не имеют ярких фуллеренов в своем составе (будем называть их островками 0-ого поколения), которые имеются у более крупных островков (рис. 6 (б), 1,2,3 перекрывающихся гексагона с соответствующим числом пятен -островки 1-ого, 2-ого, 3-его поколения соответственно). Так как яркие фуллерены занимают самые не выгодные позиции над тримерами золота, становится ясно, почему некомпактная форма маленьких островков (отношение сторон для 13-мера, изгибы для 19-мера и 30-мера) оказывается наиболее выгодной конфигурацией. Данная форма позволяет наложить данные островки на большой островок домена „А" так, чтобы ни один из фуллеренов, их составляющий, не занял невыгодную позицию над золотым тримером (рис. 6 (в)). Для более крупных островков 1-ого и т.д. поколения дальнейшее уклонение от занятия невыгодных позиций через принятие сложной формы становится, по-видимому, менее выгодным и они принимают компактную форму, располагаясь однако при этом так, чтобы минимизировать число фуллеренов в позициях над тримерами золота . Это происходит как раз тогда, когда невыгодные позиции находятся в центрах гексагонов (рис. 6 (в)). Потенциальные позиции над тримерами золота, окружающие островки, определяют, таким образом, границы, вне которых добавление фуллерена к островку оказывается энергетически невыгодным.

Такой потенциальный рельеф определяет также дальнейший рост островков между поколениями, когда вначале островок распространяется на новую территорию по долинам между потенциальными пиками, избегая позиций над тримерами (рис. 6 (в) вставка), и только по достижению некоторого критического размера происходит формирование нового гексагона с ярким пятном. Из-за этого зависимость размера островка от времени напыления имеет ступенчатый характер, где плато соответствуют этапу занятия следующей невыгодной позиции, а склоны - интенсивному росту нового гексагона в рамках области, ограниченной потенциальными позициями над тримерами золота.

Наконец, указанный потенциальный рельеф ответственен за необычное дозревание массива островков. СТМ наблюдения за массивом во время отжига при КТ показало, что островки обмениваются фуллерена-ми. В качестве примера на рис. 5 (г) показано, как 48-мер (1) вначале становится 44-мером (2), а затем 37-мером (3). В то же время 37-мер сохраняет свои размеры и форму, что указывает на то, что он стабильнее 48-меров и 44-меров, которые как и он относятся к островкам 1-го поколения. Подобные процессы характерны для всего массива. Как показано на гистограммах на рис. 5 (а) после непродолжительного отжига (30

(а) (б) (в)

Рис. 6: Магические островки С60//*-\/3-(Аи,1п), наблюдаемые в эксперименте: (а) -Маленьнькие островки, наблюдаемые после отжига до КТ: 13-мер -"блок", 19-мер -"бумеранг", 30-мер - "молния", (б) - Средние островки наблюдаемые после отжига до КТ, состоящие из гексагона или перекрывающихся гексагонов и содержащие 1, 2 и 3 ярких пятна внутри, (в) - Большой островок фазы „А", образованный при напылении Сбо на /i-v/3-(Au,In) при КТ, с муарной структурой. Изображения маленьких (13-мер, 19-мер, 30-мер) и некоторых средних островков наложены на данный островок в виде более темных областей. На вставке приведен промежуточный островок между 1-ым и 2-ым поколением.

минут) массив состоит преимущественно из 48-меров и, во-вторых, из 44-меров и 52-меров. После 24-часового отжига преобладают 37-меры, при этом сохраняется заметная доля 44-меров. Спустя 48 часов, система становится практически монодисперсной, в которой 37-меры составляют около 80% всех островков.

Такая эволюция является совершенно нетипичной для процесса дозревания, который обычно протекает с монотонным смещением максимума распределения по размерам в область больших островков. Здесь же система начинает с максимумом около 44 Сбо, а затем дозревает до меньшего значения в 37 Соо- Всё это указывает на то, что энергия Гиббса как функция размера островка имеет глубокий и широкий минимум с центром на 37 Cgo и простирающийся вплоть до 52 Cgo.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

С помощью СТМ исследовано формирование массивов молекул С50 на поверхностных реконструкциях систем 1п/81(111) и Аи/5Ц111). На ос-

нове результатов выполненных исследований были сделаны следующие выводы:

1. На поверхности Si(l 11)л/3 х \/3-1п фуллерены вначале адсорбируются рядом с дефектами замещения, над одним из шести ближайших атомов индия. В дальнейшем молекулы С60 также присоединяются к фуллеренам, адсорбированным ранее. У всех фуллеренов подавлено вращение, и они ориентированы 6-ти и 5-ти угольными углеродными кольцами вверх. Подавленное вращение у молекул и отсутствие упорядоченных массивов указывают на достаточно сильную связь фуллеренов с атомами подложки.

2. Установлено, что на поверхности Si(l 11)ч/3 х ч/3-In присутствуют мобильные вакансии. На бездефектной области поверхности Si(lll)\/3 х \/3-In, окруженной молекулами Ссо. может происходить захват такой вакансии, который сопровождается смещением рядов атомов In из исходных положений в положения #з по направлению к центру этой области.

3. Исследование адсорбции молекулы Ceo на поверхностях Si(l 1 l)-hex-\/7 х \/3-1п и Si(l 11)2х2-1п показало, что для данных фаз происходит вытеснение атомов индия фуллеренами, а освободившийся индий при этом формирует более плотную фазу. Количество индия, вытесняемого из фазы одной молекулой Ceo, составляет 1-2 атома и 3-6 атомов для поверхностей 2 х 2-1п и \/7 х \/3-hex, соответственно. Кроме того, обнаружено, что молекулы Ceo не смачивают поверхность Si(l11)-гес-\/7 х \/3-1п.

4. На поверхности Si(lll)-a-\/3 х \/3-Аи фуллерены Сбо образуют гексагональные плотноупакованные массивы с доменами двух типов: ряды Cgo повернуты в них или на Iе, или на 19.1° относительно направления (101) . В молекулярном массиве фуллерены Cgo имеют различный СТМ контраст, вызванный различием их электронной структуры. Узор, формируемый различными по контрасту фуллеренами, соответствует линиям муара, возникающим при наложении гексагональной решетки 1x1, образованной фуллеренами, на гексагональную решетку \/3 х \/3 подложки с сетью антифазных границ. Контраст наследуется последующими после первого слоями фулле-реновой пленки вплоть до четвертого слоя.

5. Как и в случае поверхности Si(l 1 l)-a-\/3 х \/3-Аи, на поверхности Si(l 1 l)-h-\/3 х \/3-(Au,In) фуллерены Ceo образуют два типа гексагональных массивов. В массиве, в котором ряды фуллеренов Сво повернуты на 1° относительно кристаллографического направления

(101), молекулы имеют различный СТМ контраст. Однако, различие со случаем Cco/Si(l 11)-а-\/3 х \/3-Аи состоит в том, что природа различного контраста фуллеренов слоя связана с несоразмерностью решеток гексагонального слоя фуллеренов и подложки и различной энергией адсорбции молекулы Ссо в различных адсорбционных положениях на поверхности Si(l 1 l)-/i-%/3 х \/3-(Au,In). Теоретические расчеты показали, что энергетически невыгодным является положение фуллерена Сбо над тримером Аи. Молекула Ссо в таком положении выглядит более „яркой" на СТМ изображениях, а при наложении фуллереновой гексагональной решетки на решетку подложки \/3 х %/3 фуллерены будут регулярно занимать данные положения, образуя картину муара с периодичностью y/l29 х \/129.

6. Масштабированный суперпозицией решеток подложки и слоя фуллеренов рельеф энергии адсорбции молекул Ссо на поверхности Si(l 1 l)-/i-\/3 х \/3-(Au,In) оказывает значительное влияние на кинетические процессы роста и дозревания островков. В частности, он ответственен за появление магических островков (островков идентичного размера и форм, к которым приходит молекулярный массив в процессе дозревания), а также за ступенчатый характер роста островков.

Основные результаты диссертации представлены в следующих печатных работах (жирным шрифтом выделены издания, входящие в Перечень ВАК РФ)

1. Matetskiy А. V., Gruznev D.V., Zotov A.V., Saranin A.A. Modulated Ceo monolayers on Si(l 11)\/3 x \/3-Au reconstructions. // Physical Review B. -2011. - T.83. - C. 195421.

2. Gruznev D.V., Matetskiy A.V., Zotov A.V., Saranin A.A., Chou J.P., Wei C.M., Wang Y.L. Interplay between adsorbed Ceo iullerenes and point defects on a Si( 111)л/3 x \/3-In reconstructed surface // Surface science. -2011. - T.605. - C.2050-2054.

3. Gruznev D.V., Matetskiy A.V., Gvozd I.V., Zotov A.V., Saranin A.A. Ceo adsorption onto the one-atomic-layer In films on Si(lll) surface // Surface science. - 2011. -T.605. - C. 1951-1955.

4.Matetskiy A.V., Gruznev D.V., Zotov A.V., Saranin A.A. C(M layers growth on Si(lll)- a-yj3 x \/3-Au: crystalline and electronic structure // Abstracts of Sixth International Symposium on Surface Science, December 11-15, 2011, Tokyo, Japan, P.8.

5. Зотов A.B., Грузнев Д.В., Матецкий A.B., Саранин A.A. Фуллере-ны на реконструированных поверхностях кремния. // Труды XV-ro Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника 14-18 марта, 2011, Нижний Новгород, Россия, Т.1, С.48-49.

6. Matetskiy А. V., Gruznev D. V., Gvozd I. V., Zotov A. V., Saranin A.A. Interaction of C6o fullerene with defects of the Si(lll)\/3 x \/3-In reconstruction. 11 Proceedings of the Ninth Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces (RJSSS-9), September 26-30, 2010, Vladivostok, Russia, P.78-81.

7. Gvozd I. V., Matetskiy A. V., Gruznev D. V., Zotov A. V., Saranin A.A. Fullerenes on a flexible layer. // Proceedings of the Ninth Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces (RJSSS-9), September 26-30, 2010, Vladivostok, Russia, P.89.

8. Матецкий A.B., Грузнев Д.В., Зотов A.B., Саранин A.A. Взаимодействие фуллеренов Сбо с дефектами реконструкции Si(111)л/3 х v/3-In. // Proceedings of Asian School-Conference on Physics of Nanostructures and Nanomaterials (ASCO-NANOMAT 2010), September 27-30, 2010, Vladivostok, Russia, P.138-141.

9. Zotov A. V., Matetskiy A.V., Gruznev D.V., Saranin A.A. Adsorption of C60 fullerenes on In-induced Si(lll) reconstructions. // Abstracts of the 15th International Conference on Solid Films and Surfaces (ICSFS-15), Tsinghua University, Beijing, China, October 5-10, 2010. Beijing: Physics Department, Tsinghua University, 2010, C.60.

10. Матецкий A.B., Бондаренко JI.В., Грузнев Л.В., Утас Т.В., Зотов A.B., Саранин A.A. Магические островки С60 на поверхности Si(l 11)-/г-\/3 х \/3-(Au,In). // Тезисы докладов Десятой региональной научной конференции "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование 1-3 ноября, 2011, Владивосток, Россия, С.40.

11. Зотов A.B., Грузнев Д.В., Матецкий A.B., Бондаренко Л.В., Утас O.A., Саранин A.A. Самоорганизация фуллеренов на поверхности: от случайного роста островков до формирования магических кластеров. // Труды XVI-ro Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника 12-16 марта, 2012, Нижний Новгород, Россия, Т.2, С.492-493.

12. Matetskiy A.V., Gruznev D.V., Zotov A.V., Saranin A.A. Crystalline and electronic structure of C6o monolayers on Si(l 1 l)-a-\/3 x \/3-Au. 11 Proceedings of Asian School-Conference on Physics of Nanostructures

and Nanomaterials (ASCO-2011), August 21-28, 2011, Vladivostok, Russia, P.61-62.

Список литературы

[1] Guisinger N.P., Elder S.P., Yoder N.L., Hersam M.C. Ultra-high vacuum scanning tunneling microscopy investigation of free radical adsorption to the Si(lll)-7x7 surface. // Nanotechnology. - 2007. - V. 18, N. 4. - P.044011-6.

[2] Y. Wada, M. Tsukada, M. Fujihira, K. Matsushige, T. Ogawa, M. Haga, S. Tanaka. Prospects and Problems of Single Molecule Information Devices. // JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. - 2000. - V. 39, N. 7A. - P. 3835-3849.

[3] A.F. Hebard, M.J. Rosseinsky, R.C. Haddon, D.W. Murphy, S.H. Glarum, T.T.M. Palstra, A.P. Ramirez, A.R. Kortan. SUPERCONDUCTIVITY AT 18-K IN POTASSIUM-DOPED C-60. // Nature. - 1991. - V. 350, N. 6319. - P. 6000-6001.

[4] Wang H., Zeng C., Wang В., Нои J. G. Orientational configurations of the C60 molecules in the (2x2) superlattice on a solid C60 (111) surface at low temperature. // Physical Review B. - 2001. - V. 63. -P. 085417.

[5] van Gastet R., Somfai E., van Albada S.B., van Saarloos W., Frenken J.W.M. Nothing moves a surface: Vacancy mediated surface diffusion. // Phys. Rev. Lett. - 2001. - V. 86, N. 8. - P. 1562-1565.

[6] Saranin A.A., Zotov A.V., Numata Т., Kubo O., Ignatovich K.V., Lifshits V.G., Katayama M., Oura K. Structural transformations at room temperature adsorption of In on Si(l 1 l)-s/3 x \/3-ln surface: LEED-AES-STM study. I/ Surf. Sei. - 1997. - V. 388, N. 1/3. -P. 299-307.

[7] Zhang X., Tang L., Guo Q. Low-temperature growth of C60 monolayers on Au(lll): island Orientation control with site-selective nucleation. // Jounal of Physical Chemistry C. - 2010. - V. 114. - P. 6433-6439.

[8] Gruznev D.V., Filippou I.N., Olyanich D.A., Chubenko D.N., Kuyanov I.A., Saranin A.A., Zotov A.V., Lifshits V.G. Si(l 1 l)-a-\/3x\/3-Au phase modified by In adsorption: Stabilization of a homogeneous surface by stress relief. // Phys. Rev. B. - 2006. - V. 73, N. 11. - P. 115335-7.

[9] Wang Y.L., Saranin A.A., Zotov A.V., Lai M.Y., Chang H.H. Random and ordered arrays of surface magic clusters. // Internation.Rev.Phys.Chem. - 2008. - V. 27, N. 2. - P. 317-360.

Матецкий Андрей Владимирович

Адсорбция фуллеренов Сео на поверхностные реконструкции систем Аи/БКШ), 1п/8Ц111)

Автореферат

Подписано к печати 06.08.2012 г. Усл.п.л. 1,2 Уч.-изд.л. 1,0 Формат 60x84/16. Тираж 110экз. Заказ №16

Издано ИАПУ ДВО РАН. 690041, г.Владивосток, ул.Радио,5 Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН. 690041, г.Владивосток, ул.Радио,5

Введение

1 Формирование массивов С60 на поверхностях металлов и полупроводников

1.1 Введение

1.2 Фуллерены.

1.3 Сео на поверхностях металлов.

1.3.1 Адсорбция С60 на поверхности золота.

1.3.2 Адсорбция Сьо на поверхности серебра.

1.4 С6о на кремнии.

1.4.1 Адсорбция С6о на поверхность Si(lll)

1.4.2 Адсорбция Сео на поверхность Si(100)

1.4.3 Адсорбция С60 на реконструированные поверхности кремния

1.5 Выводы.

2 Экспериментальные методы исследования и подготовка эксперимента

2.1 Введение

2.2 Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия.

2.3 Экспериментальные условия.

2.4 Выводы.

3 Адсорбция фуллеренов С60 на поверхностные фазы системы In/Si(lll)

3.1 Введение

3.2 Реконструкции индия на Si(l 11).

3.2.1 Si(l 11)^/3 x ч/3-In.

3.2.2 Si(l 11)2x2-In.

3.2.3 Si(lll)\/7 x \/3-hex-In и Si(lll)\/7 x v/3-rec-In.

3.3 Взаимодействие адсорбированных C60 и точечных дефектов поверхностной реконструкции Si (111) л/3 х \/3-1п.

3.4 Адсорбция С60 на „гибкие" индиевые фазы: 2 х 2-1п, у/7 х \/3-hex , \/7 х %/3-гес.

3.5 Выводы.

4 Адсорбция фуллеренов С60 на поверхностные фазы системы Au/Si( 111): Si(l 1 l)-ai — \/3 x ^3-Au, Si(lll)-/i- л/3 x v/3-(Au,In)

4.1 Введение

4.2 Поверхностные реконструкции золота на Si(l 11)

4.2.1 Si(lll)-«-x/3 х уД-Аи.

4.2.2 Модификация Si(11 l)-a-\/3 х \/3-Аи, вызванная адсорбцией In

4.3 Модулированные слои фуллеренов Сео на поверхности Si(lll)-a:- л/3-Au

4.4 Модулированные слои фуллеренов С6о на поверхности Si(l 11)-/1-л/3-(Аи,1п)

4.5 Выводы.

5 Магические островки Сео

5.1 Введение

5.2 Самоорганизация фуллеренов С6о в островки магических размеров и формы, вызванная динамической муарной структурой.

5.3 Выводы.

Актуальность работы Рост исследований в области нанотехнологий во многом связан с теми проблемами, которые ставила перед учеными и инженерами интенсивно развивающаяся технология кремниевой электроники. Увеличение мощности вычислительных приборов, их быстродействия, уменьшение стоимости - все эти задачи требовали всё более точных инструментов. До сих пор, для решения данных задач использовались технологии литографии - подход „сверху-вниз", в рамках которого различными технологическими ухищрениями удавалось уменьшать размеры существующих кремниевых чипов. Успех данного подхода хорошо иллюстрирует „закон Мура": последние 30 лет, каждые 18-24 месяца число элементов в чипе удваивалось. Однако, предполагается, что данный подход достиг своего физического предела. Это связано с тем, что при достаточно малых размерах функциональных элементов такие факторы, как квантовое туннелирование, чрезмерная диссипация энергии, флуктуация концентрации примесных атомов, начинают играть не последнюю роль. Всё это стало причиной поиска альтернатив нынешней технологии микроэлектроники, одной из которых является молекулярная электроника.

Технологии молекулярной электроники предполагают использование подхода „снизу-вверх", когда создание структурных элементов цепи происходит путем самосборки их из молекул. Электронные свойства, структура, морфология, состав, размер и т.д. молекул как строительных блоков может при этом варьироваться в широких пределах. Помимо решения задачи получения молекул с заданными свойствами, которая лежит скорее в области химического синтеза, для реализации технологии молекулярной электроники необходимо изучить изменения, которые происходят в молекулах и подложке при их объединении в комплекс, при внесении функционального интерфейса, электрических контактов, при протекании тока, при приложении внешних сил и т.д. Такие исследования помогут выработать необходимые основные принципы для строительных блоков молекулярной электроники. Наконец, для конечной реализации парадигмы „снизу-вверх" необходимо разработать методы для организации молекулярных блоков и структурных элементов на масштабах различного размера. Это включает в себя не только упорядочение строительных блоков в плотноупакованный взаимосвязанный массив, но и сохранение проектной архитектуры предполагаемого устройства с необходимыми промежутками и связями между элементами [1-5].

Ввиду возможности использования хорошо развитых кремниевых технологий, поверхность кремния является перспективным кандидатом для использования в качестве интерфейса при создании молекулярных структур. Некоторым препятствием здесь служит большое количество химически активных ненасыщенных связей на поверхности кремния, что зачастую приводит к диссоциации молекул при адсорбции и образованию плохоупорядоченных слоев [6]. Модификация поверхности кремния с помощью формирования на ней субмонослойных металлических слоев приводит к снижению плотности оборванных связей, что частично или полностью решает данную проблему. Кроме того, при такой реконструкции значительно меняются физические и химические свойства поверхности, что дает еще один способ для направления процессов самоорганизации молекул.

Молекулы фуллеренов выглядят перспективными кандидатами в качестве строительного блока при разработке технологии молекулярной электроники. Это связано с высокой стабильностью, степенью симметрии, способности к самоорганизации [7] данных молекул, а также богатым набором электронных свойств, которые могут быть изменены путем легирования данных молекул [8,9].

Все вышесказанное определило актуальность выбранного направления исследований — изучение молекулярных массивов, образованных при адсорбции фуллеренов Сбо на поверхностных реконструкциях систем Au/Si(111), In/Si(lll).

Целью диссертационной работы является изучение адсорбции фуллеренов С6о на реконструированных поверхностях кремния и тех взаимодействий вида молекула-подложка, которые сопровождают данный процесс.

Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Экспериментально исследовать адсорбцию фуллеренов Сбо на поверхностной реконструкции Si(111)л/3 х \/3-1п и изучить роль, которую играют поверхностные дефекты в процессах формирования молекулярного массива.

2. Провести экспериментальные исследования стабильности поверхностных реконструкций системы In/Si(111) при адсорбции на них фуллеренов.

3. Экспериментально исследовать адсорбцию фуллеренов Сбо на реконструкциях вида ч/З х ч/З системы Au/Si( 111) без оборванных связей и изучить влияние антифазных границ на структуру молекулярного слоя.

4. Изучить массивы „магических" островков Сбо на Si(l 1 l)-/i-\/3 х л/3-(Аи,1п) и выяснить причины их формирования.

Научная новизна работы. В работе получены новые экспериментальные результаты, основными из которых являются следующие:

1. Изучена роль дефектов замещения при адсорбции С6о на Si(l 11)л/3 х \/3-1п, которые определяют адсорбционные места на начальных этапах роста плёнки. Кроме того, исследовано влияние молекул С6о, оказываемое на локальную структуру поверхности, выраженное в смещениях атомных рядов и захвате мобильных вакансий.

2. Обнаружены фазовые переходы между реконструкциями системы In/Si(111) при адсорбции Сео - от менее плотной к более плотным. Данные переходы объяснены вытеснением атомов индия фуллеренами.

3. Сформированы гексагональные плотноупакованные упорядоченные массивы молекул С60 на поверхности Si(l 11)-а-\/3 х Изучена природа различного СТМ контраста фуллеренов в слое, которая объяснена различием электронной структуры фуллеренов.

4. Сформированы гексагональные плотноупакованные упорядоченные массивы молекул С60 на поверхности Si(l 1 l)-h-y/3 х \/3-(Au,In). Обнаружена структура муара с периодом решетки

129 х л/129, образуемая при наложении гексагональной решетки 1x1, сформированной фуллеренами, на гексагональную решетку \/3 х \/3 кремния. В данной структуре появление более высокого СТМ контраста у части фуллеренов являются следствием того, что молекулы С60 периодически занимают энергетически невыгодные положения над тримерами золота. В этих положениях они выглядят на СТМ изображениях выше на 1-1.5 А, чем окружающие молекулы Обо

5. На поверхности

Si(lll)-W3 х л/3-(Аи,1п) обнаружены островки Сбо исключительно стабильных форм и размеров по отношению к другим островкам (магические островки). Показано, что причиной их появления является рельеф энергии адсорбции, обусловленный несоответствием решеток подложки и адсорбата и имеющий наименее выгодное положение адсорбции над тримером золота. Показана возможность формирования практически монодисперсного массива фуллереновых островков.

Практическая ценность работы заключается в апробации методологического инструментария, который обеспечивается применением поверхностных реконструкций при создании молекулярных структур. На примере Si( 111 )л/3 х \/3-1п показано, что, при наличии оборванных связей, именно они определяют будущее пространственное расположение молекулярных структур. При их отсутствии, молекулы легко формируют пленки со структурой, соответствующей их молекулярным кристаллам, как это было показано для случая C60/Si(l 11)-о;-\/3 х \/3-Аи и C60/Si(l 1 l)-h-y/3 х \/3-(Au,In). При этом следует учитывать, что адатомы в используемых реконструкциях должны быть сильно связаны с кремнием и друг с другом, иначе адсорбция молекул приведет к разрушению реконструкции и образованию связи молекула-кремний и/или к изменениям структуры поверхности, как это наблюдается в той или иной степени для случая реконструкций системы In/Si(111).

В работе предложен и опробован новый подход, в котором процессы самоорганизации направляются рельефом энергии адсорбции, образованным наложением решеток подложки и адсорбата, который может быть использован для создания массива магических молекулярных кластеров.

На защиту выносятся следующие основные положения

1. Адсорбция Сбо на Si(111)л/3 х \/3-1п приводит к формированию неупорядоченного массива. На поверхности фуллерены ориентированы либо пятиугольным, либо шестиугольным углеродным кольцом вверх. На первых этапах напыления предпочтительными местами адсорбции фуллеренов служат положения над атомами In, которые являются ближайшими соседями дефекта замещения. Адсорбированные фуллерены привносят некоторое напряжение в реконструкцию, которое иногда снимается через смещение атомов In из положения Т4 в положение Н3 по направлению к мобильным вакансиям, случайно оказавшимся в напряженной области в процессе блуждания. При этом происходит „захват" мобильной вакансии.

2. Адсорбция С6о на Si(l 11)-2 х 2-In, Si(l 1 l)-hex-\/7 х ^3-In приводит к формированию неупорядоченных массивов. Фуллерены ориентированы шестиугольным кольцом вверх. При адсорбции одна молекула С6о вытесняет ~1-2 и ~3-6 атомов индия на поверхностях 2 х 2-1п и \fl х \/3-hex, соответственно. Это приводит к структурному переходу от менее плотной фазы к более плотной: Si(lll)-2 х 2-1п замещается Si(11 l)-hex-\/7 х л/3-In, a Si(l 1 l)-hex-\/7 х %/3-In замещается Si(111)-гес-л/7 х лД-1п.

3. Фуллерены, адсорбированные на поверхности Si(111)-а-\/3 х формируют упорядоченный массив. На поверхности присутствуют два типа доменов: повернутые на 1° и на 19.1° относительно направления (101). Наложение гексагональной решетки 1x1, образованной фуллеренами, на гексагональную решетку л/3 х л/3 кремния, содержащую сеть антифазных границ приводит к формированию муар-ных линий в слое фуллеренов, которые перпендикулярны антифазным границам подложки. Электронная структура фуллеренов в линиях муара и вне их различна. Данное различие в электронной структуре фуллеренов наследуется следующими слоями после первого вплоть до четвертого.

4. Адсорбция С6о на поверхность Si(l 1 l)-/i-\/3 х -\/3-(Au,In) приводит к формированию упорядоченного массива. На поверхности присутствуют два типа доменов: повернутые на 1° и на 19.1° относительно направления (101). Фуллерены в 1°-доменах имеют различный контраст, а те из них, которые лежат строго над три-мерами золота, находятся в наименее выгодных энергетических положениях и выглядят выше в СТМ изображениях, чем остальные. Они образуют решетку с периодом л/129 х л/129.

5. Дозревание при комнатной температуре массива островков Сбо. сформированных при низких температурах (110-115 К), приводит к формированию массива островков с дискретным распределением по размерам (только определенные, „магические" конфигурации островков являются стабильными). Наиболее стабильным для покрытия 0.05-0.1 МСс60 и комнатной температуры является островок из 37 фуллеренов (до 80 % всех островков). Причиной появления магических островков является рельеф энергии адсорбции с наименее выгодным положением над тримером золота, масштабированный несоответствием решеток подложки и ад-сорбата. Такой рельеф можно представить как периодическое потенциальное поле с решеткой \/129 х л/129, в узлах которой находятся максимумы потенциальной энергии.

Апробация результатов работы Основные результаты работы докладывались на международных, российских и региональных конференциях, в том числе на:

Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (г. Владивосток, Россия, 2010 г.); Русско-японском семинаре по поверхностям полупроводников РУББ-Э (г. Владивосток, Россия, 2010 г.); Азиатской школе-конференции по физике и технологии наноструктурных материалов А5С0-ЫА1^0МАТ (г. Владивосток, Россия, 2011 г.); Международном симпозиуме "Нанофизика и наноэлектрони-ка"(г.Нижний Новгород, Россия, 2011 г.); Азиатской школе-конференции по физике и технологии наноструктурных материалов АБСО^АМОМАТ (г. Владивосток, Россия, 2010 г.); Международной конференции по пленкам и поверхностям твердых тел 1С5Р5-15 (г. Пекин, Китай, 2010 г.); Международном симпозиуме "Нанофизика и на-ноэлектроника"(г.Нижний Новгород, 2012 г.); Международном симпозиуме по науке о поверхности и нанотехнологии ^БЭ-б (г. Токио, Япония, 2011 г.); Десятой региональной научной конференции "ФИЗИКА: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБРАЗОВАНИЕ"(г. Владивосток, 2011 г.); Международной конференции и Школе молодых учёных „Кремний-2012" (г. Санкт-Петербург, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, входящих в Перечень ведущих периодических изданий ВАК.

Личный вклад автора заключается в подготовке и проведении экспериментов, и интерпретации полученных результатов. Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 113 страниц, включая 55 рисунков и список литературы из 132 наименований.

Общие выводы

С помощью СТМ исследовано формирование массивов молекул Сбо на поверхностных реконструкциях систем In/Si(111) и Au/Si(lll). На основе результатов выполненных исследований были сделаны следующие выводы:

1. На поверхности Si(111)л/3 х л/3-In фуллерены вначале адсорбируются рядом с дефектами замещения, над одним из шести ближайших атомов индия. В дальнейшем молекулы Сбо также присоединяются к фуллеренам, адсорбированным ранее. У всех фуллеренов подавлено вращение, и они ориентированы 6-ти и 5-ти угольными углеродными кольцами вверх. Подавленное вращение у молекул и отсутствие упорядоченных массивов указывают на достаточно сильную связь фуллеренов с атомами подложки.

2. Установлено, что на поверхности Si(111)\/3 х \/3-1п присутствуют мобильные вакансии. На бездефектной области поверхности Si(lll)\/3x ч/3-In, окруженной молекулами Ceo, может происходить захват такой вакансии, который сопровождается смещением рядов атомов In из исходных положений Т4 в положения Я3 по направлению к центру этой области.

3. Исследование адсорбции молекулы С6о на поверхностях Si(l 1 \)-hex-y/7 х л/3-1п и Si(l 11 )2х2-1п показало, что для данных фаз происходит вытеснение атомов индия фуллеренами, а освободившийся индий при этом формирует более плотную фазу. Количество индия, вытесняемого из фазы одной молекулой Сбо, составляет 1-2 атома и 3-6 атомов для поверхностей 2 х 2-1п и л/7 х \/3-hex, соответственно.

Кроме того, обнаружено, что молекулы Сбо не смачивают поверхность Si(lll)-rec-у/7 х УЗ-In.

4. На поверхности Si(l 11)-а-\/3 х \/3-Аи фуллерены С6о образуют гексагональные плотноупакованные массивы с доменами двух типов: ряды С6о повернуты в них или на 1°, или на 19.1° относительно направления (101) . В молекулярном массиве фуллерены С6о имеют различный СТМ контраст, вызванный различием их электронной структуры. Узор, формируемый различными по контрасту фуллере-нами, соответствует линиям муара, возникающим при наложении гексагональной решетки 1x1, образованной фуллеренами, на гексагональную решетку у/3 х у/3 подложки с сетью антифазных границ. Контраст наследуется последующими после первого слоями фуллереновой пленки вплоть до четвертого слоя.

5. Как и в случае поверхности Si(l 11)-а-\/3 х \/3-Аи, на поверхности Si(lll)-/i-л/3 х \/3-(A.u,In) фуллерены Сбо образуют два типа гексагональных массивов. В массиве, в котором ряды фуллеренов Сбо повернуты на 1° относительно кристаллографического направления (101), молекулы имеют различный СТМ контраст. Однако, различие со случаем C6o/Si(l 11)-а-\/3 х л/3-Au состоит в том, что природа различного контраста фуллеренов слоя связана с несоразмерностью решеток гексагонального слоя фуллеренов и подложки и различной энергией адсорбции молекулы Сбо в различных адсорбционных положениях на поверхности Si(lll)-/*-у/З х -\/3-(Au,In). Теоретические расчеты показали, что энергетически невыгодным является положение фуллерена Ceo над тримером Аи. Молекула С60 в таком положении выглядит более „яркой" на СТМ изображениях, а при наложении фуллереновой гексагональной решетки на решетку подложки у/3 х у/3 фуллерены будут регулярно занимать данные положения, образуя картину муара с периодичностью у/129 х у/129.

6. Масштабированный суперпозицией решеток подложки и слоя фуллеренов рельеф энергии адсорбции молекул С6о на поверхности Si(l 1 \)-h-y/3 х л/3-(Аи,1п) оказывает значительное влияние на кинетические процессы роста и дозревания островков. В частности, он ответственен за появление магических островков (островков идентичного размера и форм, к которым приходит молекулярный массив в процессе дозревания), а также за ступенчатый характер роста островков.

1. Huang Y., Duan X., Cui Y., Lauhon L. J., Kim K. ., Lieber C. M. Logic gates and computation from assembled nanowire building blocks. // Science. 2001. - V. 294, N. 5545. - P. 1313-1317.

2. Melosh N. A., Boukai A., Diana F., Gerardot B., Badolato A., Petroff P. M., Heath J. R. Ultrahigh-density nanowire lattices and circuits. // Science. 2003. - V. 300, N. 5616. - P. 112-115.

3. Zhong Z., Wang D., Cui Y., Bockrath M. W., Lieber C. H. Nanowire Crossbar Arrays as Address Decoders for Integrated Nanosystems. // Science. 2003. - V. 302, N. 5649. - P. 1377-1379.

4. Jin Song, Whang Dongmok, McAlpine Michael C., Friedman Robin S., Wu Yue, Lieber Charles M. Scalable Interconnection and Integration of Nanowire Devices without Registration. // Nano Letters. 2004. - V. 4, N. 5. - P. 915-919.

5. Heath J. R., Kuekes P. J., Snider G. S., Williams R. S. A defect-tolerant computer architecture: Opportunities for nanotechnology. 11 Science. 1998. - V. 280, N. 5370. - P. 1716-1721. Cited By (since 1996): 479.

6. Guisinger N.P., Elder S.P., Yoder N.L., Hersam M.C. Ultra-high vacuum scanning tunneling microscopy investigation of free radical adsorption to the Si(lll)-7x7 surface. // Nanotechnology. 2007. - V. 18, N. 4. - P. 044011-6.

7. Y. Wada, M. Tsukada, M. Fujihira, K. Matsushige, T. Ogawa, M. Haga, S. Tanaka. Prospects and Problems of Single Molecule Information Devices.

8. JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. 2000. - V. 39, N. 7A. -P. 3835-3849.

9. A.F. Hebard, M.J. Rosseinsky, R.C. Haddon, D.W. Murphy, S.H. Glarum, T.T.M. Palstra, A.P. Ramirez, A.R. Kortan. SUPERCONDUCTIVITY AT 18-K IN POTASSIUM-DOPED C-60. // Nature. 1991. - V. 350, N. 6319. - P6000-6001.

10. K. Tatiigaki, T. W. Ebbesen, S. Saito, J. Mizuki, J.S. Tsai, Y. Kubo, S. Kuroshima. SUPERCONDUCTIVITY AT 33-K IN CSXRBYC60. // Nature. 1991. - V. 352, N. 6332. - P. 222-223.

11. Curl R. F., Smalley R. E. FULLERENES. // SCIENTIFIC AMERICAN. 1991. - V. 256, N. 32. - P. 54.

12. R. Tycko, G. Dabbagh, R.M. Fleming, R.C. Haddon, A.V. Makhija, S.M. Zahurak. MOLECULAR-DYNAMICS AND THE PHASE-TRANSITION IN SOLID C60. // Physical Review Letters. 1991. - V. Vol. 67, N. 14. - P. 1886-1889.

13. R.C. Haddon. ELECTRONIC-STRUCTURE and CONDUCTIVITY and AND SUPERCONDUCTIVITY OF ALKALI-METAL DOPED C-60. // ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH. 1992. - V. 25, N. 3. - P. 127-133.

14. R.M. Feenstra, J.A. Stroscio, A.P. Fein. TUNNELING SPECTROSCOPY OF THE SI(111)2X1 SURFACE. // SURFACE SCIENCE. 1987. - V. 181. - P. 295-306.

15. Saito S., Oshiyama A. Cohesive mechanism and energy bands of solid C60. // Physical Review Letters. 1991. - V. 66. - P. 2637.

16. Merkel M., Knupfer M., Golden M. S., Fink J. Photoemission study of the electronic structure of C60 and KxC60. // Physical Review B. 1993. - V. 47. - P. 11470.

17. Hands I.D., Dunn J.L., Bates C.A. Calculation of images of oriented C60 molecules using molecular orbital theory. // Physical Review B. 2010. - V. 81. - P. 205440.

18. Britton A. J., Rienzo A., O'shea J. N., Schulte K. Charge transfer between the Au(lll) surface and adsorbed C60: Resonant photoemission and new core-hole decat channels. // Journal of Chemical Physics. 2010. - V. 133. - P. 094705.

19. X Zhang, F. Yin, R.E. Palmer, , Q. Guo. The C60/Au(lll) interface at room temperature: A scanning tunnelling microscopy study. // Surface Science. 2008.- V. 602. P. 885-892.

20. Zhang X., Tang L., Guo Q. Low-temperature growth of C60 monolayers on Au(lll): island Orientation control with site-selective nucleation. // Jounal of Physical Chemistry C. 2010. - V. 114. - P. 6433-6439.

21. Shiraki S., Fujisawa H., Nantoh M., Kawai M. One-dimensional Mn nanostructures formed on vicinal Au(lll) surfaces. 11 Surface Science. 2004.- V. 552, N. 1-3. P. 243-250. Cited By (since 1996): 13.

22. Smith R. K., Lewis P. A., Weiss P. S. Patterning self-assembled monolayers. // Progress in Surface Science. 2004. - V. 75, N. 1-2. - P. 1. Cited By (since 1996): 68.

23. Rogero C., Pascual J. I., Gymez-Herrero J., Bary A. M. Resolution of site-specific bonding properties of C60 adsorbed on Au(lll). // Journal of Chemical Physics. -2002. V. 116, N. 2. - P. 832-836. Cited By (since 1996): 90.

24. Gardener J.A., Briggs G.A.D., Castell M.R. Scanning tunneling microscopy studies of C60 monolayers on Au(lll). // Physical Review B. 2009. - V. 80. - P. 235434.

25. Arcon D., Blinc R. Structure and bonding. : Springer, 2004.

26. Kroger J., Neel N., Jensen H., Berndt R., Rurali R., Lorente N. Molecules on vicinal Au surfaces studied by scanning tunnelling microscopy. // Journal of Physics: Condensed Matter. 2006. - V. 18. - P. S51.

27. OZCOMERT JS, PAI WW, BARTELT NC, REUTTROBEY JE. KINETICS OF OXYGEN-INDUCED FACETING OF VICINAL AG(110). // PHYSICAL REVIEW LETTERS. 1994. - V. 72, N. 2. - P. 258-261.

28. TANG CW, VANSLYKE SA. ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DIODES. // APPLIED PHYSICS LETTERS. 1987. T. 51, № 12. - C. 913-915.

29. Theobald J A, Oxtoby NS, Phillips MA, Champness NR, Beton PH. Controlling molecular deposition and layer structure with supramolecular surface assemblies. 11 NATURE. 2003. T. 424, № 6952. - C. 1029-1031.

30. Hoogenboom B. W., Hesper R., Tjeng L. H., Sawatzky G. A. Charge transfer and doping-dependent hybridization of C60 on noble metals. // Physical Review B. -1998. V. 57. - P. 19.

31. Grobis M., Lu X., Crommie M. F. Local electronic properties of a molecular monolayer: C60 on Ag (001). // Physical Review B. 2002. - V. 66. - P. 161408.

32. Hsu Ching-Ling, Pai Woei Wu. Aperiodic incommensurate phase of a C60 monolayer on Ag(100). // Physical Review B. 2003. - V. 68. - P. 245414.

33. X.D. Wang, Hashizume T., Shinohara H., Saito Y., Nishina Y, Sakurai T. Scanning Tunneling Microscopy of C60 on the Si(l 11)7x7 Surface. // Japanese Journal of Applied Physics. 1992. - V. 31. - P. L983.

34. Li Y.Z., Chander M., Patrin J.C., J.H. Weaver, Chibante L.P.F, Smalley R.E. Adsorption of Individual C-60 Molecules on Si(111). // Physical Review B. -1992. V. 45. - P. 13837.

35. Hou J.G., Jinlong Yang, Haiqian Wang, Qunxiang Li, Changgan Zeng, Hai Lin, BingWang, Chen DM., Qingshi Zhu. Identifying Molecular Orientation of Individual C60 on a Si(11 l)-(7x7) Surface. // Physical Review Letters. 1999. -V. 83. - P. 3001.

36. Chen D., Chen J., Sarid D. Single-monolayer ordered phases of C60 molecules on Si(l 1 l)-(7x7) surfaces. // Physical Review B. 1994. - V. 50. - P. 10905.

37. Suto S., Sakamoto K., Wakita T., Harada M., Kasuya A. Interaction of C60 with Silicon Dangling Bonds on the Si(l 1 l)-(7x7) Surface. // Surface Science. 1998. - V. 402-404. - P. 523.

38. Moriarty P., Upward M.D., Dunn A.W., Ma Y.-R., Beton P.H., Teehan D. C60-terminated Si surfaces: Charge transfer, bonding, and chemical passivation. // Physical Review B. 1998. - V. 57. - P. 362.

39. Sakamoto K., Harada M., Kondo D., Kimura A., Kakizaka A., Suto S. Bonding State of the C60 Molecule Adsorbed on a Si(l 1 l)-(7x7) Surface. // Physical Review B. 1998. - V. 58. - P. 13951.

40. Cepek C., Schiavuta P., Sancrotti M., Pedio M. Photoemission study of C60/Si(111) adsorption as a function of coverage and annealing temperature. // Physical Review B. 1999. - V. 60. - P. 2068.

41. Pesci ] A., Ferrari L., Comicioli C., Pedio M., Cepek C., Schiavuta P., Pivetta M., Sancrotti M. High resolution photoemission study of C60 on Si(111) as a precursor of SiC growth. // Surface Science. 2000. - V. 454. - P. 832.

42. Sakurai T., Wang X.-D., Xue Q.K., Hasegawa Y, Hashizume T., Shinohara H. Scanning Tunneling Microscopy Study of Fullerenes. // Progress Surface Science.- 1996. V. 51. - P. 263.

43. Chen D., Sarid D. Temperature effects of adsorption of C60 molecules on Si(lll)-(7x7) surfaces. // Physical Review B. 1994. - V. 49. - P. 7612.

44. Sanchez-Portal D., Artacho E., Pascual J.I., Gomez-Herrero J., Martin R.M., Soler J.M. First principles study of the adsorption of C60 on Si(lll). // Surface Science.- 2001. V. 482. - P. 39.

45. Hamza A. V., Balooch M. The chemisorption of C60 on Si(100)-(2x 1). // Chemical Physics Letters. 1993. - V. 201. - P. 404.

46. T.Hashizume, X.-D. Wang, Y.Nishina, Shinohara H., Saito Y., Kuk Y, Sakurai T. Field Ion-Scanning Tunneling Microscopy Study of C60 on the Si(100) Surface. // Japanese Journal of Applied Physics. 1992. - V. 31. - P. L880.

47. Yajima A., Tsukada M. Electronic structure of monolayer C60 on Si(100)2xl surface. // Surface Science. 1996. - V. 357-358. - P. 355.

48. Yamaguchi T. Electronic states of C60 molecules on Si(001)2xl and Si( 111)7x7 surfaces. // Jounal of Vacuum Science and Technology B. 1994. - V. 12. - P. 1932.

49. Kawazoe Y., Kamiyama H., Y.Maruyama, Ohno K. Electronic Structures of Layered C60 and C70 on Si(100) Surface. // Japanese Journal of Applied Physics.- 1993. V. 32. - P. 1433.

50. Seta M. De, Sanvitto D., Evangelisti F. Direct evidence of C60 chemical bonding on Si(100). // Physical Review B. 1999. - V. 59. - P. 9878.

51. Cheng C.-P., Pi T.-W., Quang C.-P., Wen J.-F. Chemisorption of C60 on the Si(001)2xl surface at room temperature. // Jounal of Vacuum Science and Technology B. 2005. - V. 23. - P. 1018.

52. Godwin P.D., Kenny S.D., Smith R., Beibruno J. The structure of C60 and endohedral C60 on the Si(100) surface. // Surface Science. 2001. - V. 490.- P. 409.

53. Godwin P.D., Kenny S.D., Smith R. The bonding sites and structure of C60 on the Si(100) surface. 11 Surface Science. 2003. - V. 529. - P. 237.

54. Hobbs C., Kantorovich L., Gale J.D. An ab initio study of C60 adsorption on the Si(00 ) surface. 11 Surface Science. 2005. - V. 591. - P. 45.

55. Monch W. Semiconductor Surfaces and Interfaces. : Springer, 1995.

56. Gunster J., Mayer Th., Brause M., Maus-Friedrichs W., Busmann H.G., Kempter V. The study of surface adsorbed C60 molecules with metastable impact electron spectroscopy and UPS (He I). // Surface Science. 336. - V. 1995. - P. 341.

57. Moriarty P. J. Fullerene adsorption on semiconductor surfaces. // SURFACE SCIENCE REPORTS. 2010. - V. 65. - P. 175-227.

58. Upward M.D., Moriarty P., Beton P.H. Double domain ordering and selective removal of C60 on Ag/Si(lll)-(%/3 x y/Z). // Physical Review B. 1997. - V. 56. - P. R1704.

59. Zhang H.M., Gustafsson LB., Johansson L.S.O. The tip role on STM images of Ag/Si(lll)\/3 x y/3. // Journal of Physics: Conference Series. 2007. - V. 61. -P. 1336.

60. Nakayama T., Onoe J., Takeuchi K., Aono M. Weakly bound and strained C-60 monolayer on the Si(lll)\/3 x \/3-R30o-Ag substrate surface. // Physical Review B. 1999. - V. 59. - P. 12627-12631.

61. LeLay G. L., Gothelid M., Aristov V. Y., Cricenti A., Hakansson M. C., Giammichele C., Perfetti P., Avila J., Asensio M. C. Adsorption of C-60 on Si(lll)>/3 x \/3-R30o-Ag. // SURFACE SCIENCE. 1997. - V. 377. - P. 10611065.

62. Phillips M.A., O'Shea J.N., Birkett P.R., Purton J., Kroto H.W., Walton D.R.M., Taylor R., Moriarty P. (C6H5)5C60H at Si(l 1 l)-(7x7) and Ag:Si(l 11)(>/3 x \/3)R30o surfaces. // Physical Review B. 2005. - V. 72. - P. 075426.

63. Hasegawa S., Tsuchie K., Toriyma K., Tong X., Nagao T. Surface electronic transport on silicon: donor- and acceptor-type adsorbates on Si(lll)\/3 x \/3-Ag substrate. // Applied Surface Science. 2000. - V. 162. - P. 42.

64. Stimpel Т., Schraufstetter M., Baumgartner H., Eisele I. STM studies of C60 on a Si(lll):B surface phase. // Materials Science and Engineering B. 2002. - V. 89.- P. 394.

65. Sadowski J.Т., Bakhtizin R.Z., Oreshkin A.I., Nishihara Т., Al-Mahboob A., Fujikawa Y., Nakajima K., Sakurai T. Epitaxial C60 thin ?lms on Bi(0001). // Surface Science. 2007. - V. 601. - P. L136.

66. Chang S. H., Hwang I. S., Fang С. K., Tsong Т. T. Adsorption and motion of C(60) molecules on the Pb-covered Si(lll) surface. // Physical Review B. 2008.- V. 77. P. 155421.

67. Zilani M. А. К., Xu H., Sun Y. Y., S.Wang X., , Wee A. T. S. Adsorption and thermal decomposition of C-60 on Co/Si(l 11)-7х7. 11 APPLIED SURFACE SCIENCE 2007 - Vol. 253 - N. 10 - P. 4554-4559. - 2007. - V. 253. - P. 45544559.

68. Binnig G., Rohrer H., Gerber Ch, Weibel E. Tunneling through a controllable vacuum gap. 11 Applied Physics Letters. 1982. - V. 40, N. 2. - P. 178-180. Cited By (since 1996): 460.

69. Liith H. Surfaces and Interfaces of Solid Materials. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 1995.- 495 p.

70. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. -Москва: Мир, 1989.- 564 с.

71. Зандерны А. Методы анализа поверхностей. Москва: Мир, 1979,- 582 с.

72. Хейденрайх Р. Основы просвечивающей электронной микроскопии. Москва: Мир, 1966,- 239 с.

73. Зотов А.В. Саранин А.А. Введение в сканирующую туннельную микроскопию.-Учебное пособие. Владивосток: ИАПУ, 2002,- 62 р.

74. Руска Э. Развитие электронного микроскопа и электронной микроскопии. // Успехи физических наук. 1988. - V. 154, N. 2. - Р. 243-259.

75. Bardeen J. Tunnelling from a Many-Particle Point of View. // Phys. Rev. Lett. -1961. V. 6. - P. 57-59.

76. Tersoff J., Hamann D. R. Theory of the scanning tunneling microscope. // Phys. Rev. B. 1985. - V. 31. - P. 805-813.

77. Pauling L., Wilson E. B. Introduction to Quantum Mechanics. : Reprint by Dover Publications Inc., 1985.

78. Hamers R. J. Methods of Tunnelling Spectroscopy with the STM. : Springer, 1993.

79. Binnig G., Rohrer H. Scanning tunneling microscopy—from birth to adolescence. // Rev. Mod. Phys. 1987. - V. 59, N. 3. - P. 615-625.

80. Bai Ch. Scanning tunneling microscopy and its applications. Shanghai: Springer, 2000,- 370 p.

81. Woicik J.C., Kendelewicz Т., Herrera-Gomez A., Miyano K.E., Cowan P.L., Bouldin C.E., Pianetta P., Spicer W.E. In/Si(l 11)-\/3 x л/3 interface: an unrelaxed T4 geometry. // Phys. Rev. Lett. 1993. - V. 71, N. 8. - P. 1204-1207.

82. Hibino H., Ogino T. Exchange between group-Ill (B,Al,Ga,In) and Si atoms on Si(lll)V3 x y/3 surfaces. 11 Phys. Rev. B. 1996. - V. 54, N. 8. - P. 5763-5768.

83. Zotov A. V., Saranin A.A., Kubo O., Harada Т., Katayama M., Oura K. Quantitative STM investigation of the phase formation in submonolayer In/Si( 111) system. // Appl. Surf. Sci. 2000. - V. 159/160, N. 1/4. - P. 237-242.

84. Saratiin A.A., Zotov A.V., Lifshits V.G., Numata T., Kubo O., Tani H., Katayama M., Oura K. The role of Si atoms in In/Si(111) surface phase formation. // Surf. Sei. 1998. - V. 398, N. 1/2. - P. 60-69.

85. Takeda S., Tong X., Ino S., Hasegawa S. Structure-dependent electrical conduction through indium atomic layers on the Si(111) surface. // Surf. Sei. 1998. - V. 415, N. 3. - P. 264-273.

86. Saranin A.A., Numata T., Kubo O., Katayama M., Oura K. Structural transformations of the Si(l 11)2x2-In surface induced by STM tip and thermal annealing. // Appl. Surf. Sei. 1997. - V. 121/122. - P. 183-186.

87. Cho S.W., Nakamura K., Koh H., Choi W.H., Whang C.N., Yeom H.W. Core-level photoemission study of additional In adsorption on the Si(lll)v/3xV3-In surface. // Phys. Rev. B. 2003. - V. 67, N. 3. - P. 035414-6.

88. Surnev S.L., Kraft J., Netzer F.P. Modification of overlayer growth kinetics by surface interlayers: The Si(lll)\/7 x \/3—indium surface. 11 J. Vac. Sei. Technol. A. 1995. - V. 13, N. 3. - P. 1389-1395.

89. Kraft J., Surnev S.L., Netzer F.P. The structure of the indium-Si(l 11) {y/lxy/?>) monolayer surface. // Surf. Sei. 1995. - V. 340, N. 1/2. - P. 36-48.

90. Kraft J., Ramsey M.G., Netzer F.P. Strain relief, close-packed overlayer formation and discommensurate phases: In on Si(111). // Surf. Sei. 1997. - V. 372, N. 1/3. - P. L271-L278.

91. Kraft J., Ramsey M.G., Netzer F.P. Surface reconstructions of In on Si(lll). // Phys. Rev. B. 1997. - V. 55, N. 8. - P. 5384-5393.

92. Rotenberg E., Koh H., Rossnagel K., Yeom H. W., Schäfer J., Krenzer B., Rocha M.P., Kevan S.D. Indium \/7x\/3 on Si(lll): A nearly free electron metal in two dimensions. // Phys. Rev. Lett. 2003. - V. 91, N. 24. - P. 246404-4.

93. Luniakov Y. V. First principle simulations of the surface diffusion of Si and Me adatoms on the Si(lll)\/3 x \/3 -Me surface, Me = Al, Ga, In, Pb. // Surface Science. 2011. - V. 605, N. 19-20. - P. 1866-1871.

94. Saranin A.A., Numata T., Kubo O., Tani H., Katayama M., Lifshits V.G., Oura K. STM tip-induced diffusion of In atoms on the Si(111)x \/3-In surface. // Phys. Rev. B. 1997. - V. 56, N. 12. - P. 7449-7454.

95. Wang H., Zeng C., Wang B., Hou J. G. Orientational configurations of the C60 molecules in the (2x2) superlattice on a solid C60 (111) surface at low temperature. // Physical Review B. 2001. - V. 63. - P. 085417.

96. L. Tang, X. Zhang, Q.M. Guo, Y.N. Wu, L.L. Wang, H.P Cheng. Two bonding configurations for individually adsorbed C(60) molecules on Au(lll). // Physical Review B. 2010. - V. 82. - P. 125414.

97. M. Hinterstein, X. Torrelles, R. Felici, J. Rius, M. Huang, S. Fabris, H. Fuess, Pedio M. Looking underneath fullerenes on Au(110): Formation of dimples in the substrate. // Physical Review B. 2008. - V. 77. - P. 153412.

98. R. Felici, M. Pedio, F. Borgatti, S. Iannotta, M. Capozi, G. Ciullo, , A. Stierle. X-ray-diffraction characterization of Pt(lll) surface nanopatterning induced by C-60 adsorption. // Nature Materials. 2005. - V. 4. - P. 688-692.

99. Li H. I., Pussi K., Hanna K. J., Wang L.-L., Johnson D. D., Cheng H.-P., Shin H., Curtarolo S., Moritz W., Smerdon J. A., McGrath R., Diehl R. D. Surface Geometry of C(60) on Ag(lll). // Physical Review Letters. 2009. - V. 103. - P. 056101.

100. Nogami J., Baski A.A., Quate C.F. \/3 x y/S —> 6x6 phase transition on the Au/Si(l 11) surface. // Phys. Rev. Lett. 1990. - V. 65, N. 13. - P. 1611-1614.

101. Falta J., Hille A., Novikov D., Materlik G., Seehofer L., Falkenberg G., Johnson R.L. Domain wall structure of Si(lll)(\/3 x y/2,)RW-k\i. // Surf. Sei. 1995. -V. 330, N. 2. - P. L673-L677.

102. Ding Y.G., Chan C.T., Ho K.M. Theoretical investigation of the structure of the (\/3 x \/3)iî30-Au/Si(l 11) surface. // Surf. Sei. 1992. - V. 275, N. 3. - P.L691-L696.

103. Nagao T., Hasegawa S., Tsuchie K., Ino S., Voges C., Klos G., Pfniir H., Henzler M. Structural phase transitions of Si(l 11)-(\/3 x %/3)Z?30°-Au: Phase transitions in domain-wall configurations. // Phys. Rev. B. 1998. - V. 57, N. 16. - P. 1010010109.

104. Khramtsova E.A., Ichimiya A. Comparative study of room- and high-temperature Si(l 11)-(\/3 x \/3)JR30o-Au structures using one-beam RHEED intensity rocking-curve analysis. // Phys. Rev. B. 1998. - V. 57, N. 16. - P. 10049-10053.

105. Marks L.D., Grozea D., Feidenhans'l R., Nielsen M., Johnson R.L. Au 6x6 on Si(lll): Evidence for a 2D pseudoglass. // Surf.Rev.Lett. 1998. - V. 5, N. 2. -P. 459-464.

106. Grozea D., Bengu E., Marks L.D. Surface phase diagrams for the Ag-Ge(lll) and Au-Si(lll) systems. // Surf. Sei. 2000. - V. 461, N. 1/3. - P. 23-30.

107. Tamai A., Seitsonen A. P., Baumberger F., Hengsberger M., Shen Z.-X., Greber T., Osterwalder J. Electronic structure at the C6o/metal interface: An angle-resolved photoemission and first-principles study. // Phys. Rev. B. 2008. - V. 77. - P. 075134.

108. Pivetta Marina, Patthey Fran çois, Stengel Massimiliano, Baldereschi Alfonso, Schneider Wolf-Dieter. Local work function Moiré pattern on ultrathin ionic films: NaCl on Ag(100). // Phys. Rev. B. 2005. - V. 72. - P. 115404.

109. Lai M. Y., Wang Y.L. Direct observation of two dimensional magic clusters. // Phys. Rev. Lett. 1998. - V. 81, N. 1. - P. 164-167.

110. Voigtländer B., Kästner M., Smilauer P. Magic Islands in Si/Si(l 11) Homoepitaxy. // Phys. Rev. Lett. 1998. - V. 81, N. 4. - P. 858-861.

111. Vitali L., Ramsey M.G., Netzer F.P. Nanodot formation on the Si(l 1 l)-(7x7) surface by adatom trapping. // Phys. Rev. Lett. 1999. - V. 83, N. 2. - P. 316319.

112. Wang Y.L., Lai M.Y. Formation of surface magic clusters: a pathway to monodispersed nanostructures on surfaces. // J.Phys.:Cond.Matt. 2001. - V. 13. - P. R589-R618.

113. Lai M.Y., Wang Y.L. Self-organized two-dimensional lattice of magic clusters. // Phys. Rev. B. 2001. - V. 64, N. 24. - P. 241404-4.

114. Kotlyar V.G., Zotov A.V., Saranin A.A., Kasyanova T.V., Cherevik M.A., Pisarenko I.V., Lifshits V.G. Formatoin of the ordered array of A1 magic clusters on Si(l 11)7x7. // Phys. Rev. B. 2002. - V. 66, N. 16. - P. 165401-4.

115. Li J.-L., Jia J.-F., Liang X.-J., Liu X., Wang J.-Z., Xue Q.-K., Li Z.-Q., Tse J.S., Zhang Z., Zhang S.B. Spontaneous assembly of perfectly ordered identical-size nanocluster arrays. 11 Phys. Rev. Lett. 2002. - V. 88, N. 6. - P. 066101-4.

116. Chang H.H., Lai M.Y., Wei J.H., Wei C.M., Wang Y.L. Structure determination of surface magic clusters. // Phys. Rev. Lett. 2004. - V. 92, N. 6. - P. 066103-4.

117. Wang Y.L., Saranin A.A., Zotov A.V., Lai M.Y., Chang H.H. Random and ordered arrays of surface magic clusters. // Internation.Rev.Phys.Chem. 2008. - V. 27, N. 2. - P. 317-360.

118. Sancheza L., Otero R., Gallego J. M., Miranda R., Martin N. Ordering Fullerenes at the Nanometer Scale on Solid Surfaces. // Chemical Review. 2009. - V. 109. - P. 2081.

119. Knight W. D., Clemenger K„ de Heer W. A., Saunders W.A., Chou M. Y, Cohen M.L. Electronic Shell Structure and Abundances of Sodium Clusters. // Physical Review Letters. 1984. - V. 52. - P. 2141.

120. Xiao W., Ruffieux P., Ait-Mansour K., Grinning O., Palotas K., Hofer W.A., Groning P., Fasel R. Formation of a Regular Fullerene Nanochain Lattice. // J. Phys. Chem. B. 2006. - V. 110. - P. 21394.