Формирование низкоразмерного полупроводникового силицида магния и наногетероструктур на его основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ
|
Галкин, Константин Николаевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Владивосток
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2009
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.10
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
□□3479876
На правах рукописи
Галкин Константин Николаевич
Формирование низкоразмерного полупроводникового силицида магния и наногетероструктур на его основе
01.04.10 - физика полупроводников
5 0¡(7 2иоЗ
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Владивосток 2009
003479876
Работа выполнена в Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН.
Научный руководитель: доктор физико-математических наук
Коробцов Владимир Викторович
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор
Зотов Андрей Вадимович кандидат физико-математических наук Баталов Рафаэль Ильясович
Ведущая организация: Институт физики им. Киренского Сибирского
Отделения РАН, г. Красноярск
Защита состоится "3" ноября 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 005.007.02 по адресу:
690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН.
С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Института автоматики и процессов управления ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5.
Автореферат разослан 29 сентября 2009 г. Ученый секретарь
диссертационного совета Д 005.007.02 кандидат технических наук, доцент
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ Актуальность темы Силицид магния (N^281) представляет интерес в качестве узкозонного полупроводника для создания термоэлектрических преобразователей на базе кремниевой планарной технологии. Фундаментальные электронные свойства монокристаллов силицида магния и его тонких пленок исследовались достаточно подробно [1-6]. Методом молекулярно-лучевой эпитаксии [2] при 200 °С были сформированы толстые поликристаллические пленки М§231 стехиометрического состава на кремнии с шириной запрещенной зоны 0.76 эВ. Повысить температуру подложки при росте данных пленок было невозможно из-за уменьшения до нуля коэффициента аккомодации магния к кремнию. Использование метода твердофазной эпитаксии (Т=550 °С) из смеси магний - кремний на затравочных островках силицида магния позволило создать пленки силицида магния с эпитаксиально ориентированными зернами и небольшим рельефом [3,4]. Однако при этом наблюдались отклонения от стехиометрического состава силицида и изменения в зонной энергетической структуре [3]. Это было связано с частичным разложением силицида в приповерхностной области и десорбцией магния из нее. Величина термо-эдс полученных пленок в 3-5 раз меньше, чем у монокристалла силицида магния [4], что не позволило их использовать для создания термоэлектрических преобразователей с достаточной эффективностью. Использование ионного внедрения магния в решетку кремния и температурных отжигов при температурах не выше 500 °С позволило получить материалы со встроенными преципитатами или слоями силицида магния [5]. Однако рекристаллизация кремния в таких структурах осложнена невозможностью использования высокотемпературных отжигов, что также снижает ценность полученных структур для использования в качестве термоэлектрических материалов. В монографии [6] было высказано предположение о возможности повышения величины термо-эдс и эффективности термоэлектрического преобразования, путем введения в систему (матрицу) встроенных слоев или образований с пониженной размерностью от квазидвумерных до квазинульмерных. Однако, экспериментальных работ по исследованию термоэлектрических эффектов для кремниевой матрицы со встроенными преципитатами или двумерным слоем силицида на данный момент нет. Наиболее подходящими способами роста таких структур на кремнии являются методы молекулярно-лучевой и реактивной твердофазной эпитаксии в условиях сверхвысокого вакуума при осаждении малых покрытий магния на атомарно-чистую поверхность кремния. В зависимости от скорости осаждения, температуры подложки или температуры отжига может наблюдаться изменение механизма формирования границы раздела кремний - магний и образование систем с различной размерностью от наноразмерных островков до двумерных слоев силицида магния. Изучение этих процессов является необходимым условием для роста монолитных наногетероструктур со встроенным силицидом
магния с пониженной размерностью и последующего исследования их оптических и термоэлектрических свойств. Однако подобные работы не проводились, и получение знаний в этой области является одной из актуальных задач физики полупроводников.
Обоснование выбора материалов Выбор материала для исследований основан на использовании экологически чистых и недорогих материалов (магний, кремний) для создания кремний - силицид магниевых наногетероструктурных материалов с высоким значением термо-эдс с целью определения перспектив их использования в кремниевой термоэлектронике.
Цель диссертационной работы - установление закономерностей формирования границы раздела N^/81(111) и последующего роста кремния с целью создания монолитных 81/Мя281/81(1 11) наногетероструктур. Основные задачи диссертационной работы
• Исследовать формирование границы раздела М^в^Ш) в зависимости от скорости осаждения магния и температуры подложки.
• Исследовать формирование двумерного упорядоченного слоя силицида магния со структурой ^3-Я30° на 81(111)7x7 в зависимости от величины покрытия, температуры подложки и/или температуры отжига, а также его структуру, морфологию, температурную стабильность и оптические свойства.
• Исследовать рост кремния на поверхности 51(111) с наноразмерными кристаллами силицида магния (НК М§281) или двумерным слоем силицида магния (2Б Гу^БО, его структуру и морфологию.
• Определить взаимосвязь между условиями формирования наногетероструктур со встроенными НК М§281 или 20 и их оптическими и термоэлектрическими свойствами.
Научная новизна работы
• Впервые установлены границы скоростей осаждения Г^ на й ¡( 111)7x7 (0.06 нм/мин и 0.4 нм/мин), при которых наблюдается смена механизма формирования границы раздела 1^/31(111) с трехступенчатого (атомарные кластеры —* пленка силицида магния —> пленка металлического магния) на двухступенчатый (пленка силицида магния переменного состава —> пленка металлического магния).
• Показано, что плотность носителей заряда в двумерном силициде магния со структурой уменьшается по сравнению с объемным силицидом магния.
• Впервые показано, что при использовании метода молекулярно-лучевой эпитаксии при температурах 160 - 215 °С наблюдается эпитаксиальный рост зерен кремния на поверхности двумерного силицида магния со структурой 2/з^З-Ю0°.
• Показано, что встраивание НК Мд^ (или Ю 1У^281) в кремний р-типа проводимости приводит к изменению характера температурной зависимости его
коэффициента термо-эдс.
• Показано, что значения коэффициента термо-эдс в наногетероструктурах Si-p/2DMg2Si/Si(lll)-p больше чем в наногетероструктурах Si-p/HKMg2Si/Si(lll)-p и больше чем в Si(l 11) р-типа проводимости.
Практическая ценность
• Разработана модель двумерного силицида магния со структурой на Si(lll), которая может быть использована для расчетов зонной структуры из первых принципов (ab-initio) этого двумерного силицида.
• Определены границы термической стабильности в условиях сверхвысокого вакуума пленок металлического магния (80 °С), объемоподобного (180 °С) и двумерного (230 °С) силицидов магния на Si(l 11).
• Разработана методика создания наногетероструктур Si-p/HKMg2Si/Si(lll)-p с поликристаллической структурой кремниевого слоя.
• Разработана методика создания наногетероструктур Si-p/2D Mg2Si/Si(l 11)-р с кремниевым слоем, состоящим из монокристаллических зерен.
• Получены наногетероструктуры Si-p/2D Mg2Si/Si(l 11)-р и Si-p/HK Mg2Si/Si(l 11)-р с максимальными коэффициентами термо-эдс 130мкВ/К (415 К) и -141 мкВ/К (460 К), соответственно, которые могут быть использованы для создания термоэлектрических преобразователей на их основе.
Основные защищаемые положения
• Атомарные кластеры Mg на Si(l 11)7x7 формируются при комнатной температуре и скоростях осаждения магния не более 0.06 нм/мин и характеризуются образованием химических связей с атомами кремния без разрушения сверхструктуры (7x7).
• Сплошная пленка двумерного силицида магния со структурой
на
SiC111) формируется при адсорбции магния со скоростями 0.014нм/мин и 0.4 нм/мин на подложку при температурах 20 °С и 100-150 °С, соответственно. При промежуточных скоростях и температурах 70-140 °С формируются одновременно два типа силицида магния: двумерный и объемоподобный.
• Двумерный силицид магния со структурой
характеризуется
фиксированными связями Mg-Si и состоит из 5™ слоев: двух кремниевых и трех магниевых (суммарная толщина которых не превышает 0.5 нм).
• Структура слоя кремния, формирующегося на поверхности Si(lll) с НК Mg2Si или 2D Mg2Si, определяется методами его роста и типом силицида магния.
• Нанокристаллы Mg2Si и слой двумерного силицида магния, встроенные в кремниевую матрицу, являются основными источниками носителей заряда, которые инжектируются в кремниевый слой через разрывы зон в гетеропереходе Mg2Si/ Si-p, что приводит к 4х -10™ кратному увеличению коэффициента термо-
эдс в наногетероструктурах Si-p /НК (2D) Mg2Si/ Si(lll)-p по сравнению с подложкой Si(l И) р-типа проводимости.
Достоверность полученных результатов заключается в последовательном и корректном применении современных методов анализа морфологии и структуры поверхности, методов исследования фазового состава и электронной структуры, оптических и электрических свойств выращиваемых объектов и их согласованности с результатами работ других исследовательских групп.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы были представлены в 7 устных и 8 стендовых докладах на международных и российских конференциях и симпозиумах (Россия, республика Беларусь, Венгрия и Япония), а также в 12 устных докладах на студенческих и аспирантских всероссийских и региональных конференциях с 2003 по 2009 годы.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 14 статей, в том числе 5 статей в журналах входящих в Перечень изданий ВАК РФ.
Личный вклад автора заключается в проведении всех экспериментов по росту, исследованию морфологии и свойств двумерной фазы силицида магния и наноразмерных островков силицида магния на кремнии, созданию кремния со встроенными слоями нанокристаллов силицида магния и слоем двумерного силицида магния. Автор обрабатывал основные экспериментальные данные и интерпретировал их, участвовал в обсуждении и написании статей. Вошедшие в диссертацию результаты отражают итоги исследований, проведенных автором в ИАПУ ДВО РАН совместно с сотрудниками лаборатории оптики и электрофизики и в National Physical Laboratory Dr. K.S. Krishnan Road, New Delhi, India совместно с сотрудниками Surface Physics and Nanostructures Group.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 188 страниц, включая 62 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 141 наименования.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении сформулирована цель работы и ее актуальность, определены основные задачи, указаны новизна и практическая ценность работы, изложены основные защищаемые положения и описана структура диссертации.
В первой главе приводится обзор литературы по оптическим, электрическим и термоэлектрическим свойствам и электронной структуре объемного силицида магния, а также пленок Mg2Si на кремнии. Показано, что Mg2Si является непрямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны 0.76 эВ. Рассмотрены основные результаты по формированию пленок силицида магния на поверхности кремния, и показано, что в основном формируются поликристаллические пленки силицида магния, т.к. атомы магния характеризуются нулевым коэффициентом аккомодации к
поверхности кремния при температурах выше 200 °С. Получаемые пленки силицида магния характеризуются значительно худшими термоэлектрическими свойствами по сравнению с монокристаллами силицида магния, что обусловлено их поликристаллической структурой. В работе [6] было предположено, что одним из способов увеличения термоэлектрической эффективности является внедрение низкоразмерных (квазинульмерные, одномерные или двумерные) чужеродных объектов (силициды металлов) в кремниевую матрицу: с помощью ионного внедрения либо с помощью эпитаксии кремния поверх низкоразмерных объектов. В работах по ионному внедрению атомов магния в кремний [5] рассмотрены условия, при которых формируются либо наноразмерные кристаллы Mg2Si с разбросом по размерам и толщине слоя, либо псевдосплошная пленка Mg2Si. Однако использование низкотемпературных длительных отжигов не позволяет получить покрывающий кремниевый слой хорошего кристаллического качества. Работ по формированию низкоразмерного силицида магния на Si(lll) на данный момент не существует. Для системы Mg/Si(100) известно формирование следующих поверхностных реконструкций: (1x1), (2x2) и две реконструкции (2x3) с различными покрытиями адсорбата (1/3 и 1/6 МС), а для системы Mg/Si(lll) следующие реконструкции (V3xV3)-R30°, (3x3), (3x1) и (%V3x2/3V3)-R30o [7-9]. Однако только последняя из них является полупроводником, все остальные же - это результат упорядоченной физической адсорбции атомов магния на поверхности кремния. Известно, что поверхностная реконструкция характеризуется плоскостью
Mg2Si(lll), сопряженной с решеткой Si(lll), при этом деформация решетки силицида составляет порядка 1.9%. Но нет литературных данных по модели данной фазы, ее термической стабильности, а также - по встраиванию в кремний.
Во второй главе приведено краткое описание методов, использованных в данной работе, а именно - ЭОС, ХПЭЭ, ДМЭ, АСМ, оптическая спектроскопия твердых тел, спектроскопия комбинационного рассеяния, дифференциальная отражательная спектроскопия (ДОС), зондовый метод измерения термоэлектрических параметров. Приведены схемы экспериментальных установок, методы очистки образцов, расчета скоростей источников, расчета оптических функций из спектров ДОС. Приведено описание разработанной автором установки для измерений термо-эдс в области температур от 320 до 470 К.
В третьей главе приведены результаты исследования по влиянию скорости осаждения магния (плотности потока) и температуры подложки на формирование границы раздела Mg/Si(l 11), а также результаты десорбции тонких пленок в системе Mg/Si(lll). По результатам исследований предложена модель двумерного силицида магния со структурой
(%V3x2/3V3)-R30° (далее %V3-R30°).
При скоростях осаждения магния 0.0054-0.014 нм/мин формирование границы раздела проходит в 3 стадии: на первой стадии формируются атомарные кластеры
магния, которые занимают обе половинки (дефектную и нормальную) ячейки поверхностной фазы $¡(111)7x7 (ПФ 7x7) и покрывают всю поверхность при покрытии 0.12 МС. По данным дифференциальной отражательной спектроскопии (ДОС) данные кластеры характеризуются силицидным характером межзонных переходов, т.е. атомы магния образуют химические связи с атомами кремния. На второй стадии происходит формирование двумерных зародышей М§281 за счет разрушения атомарных кластеров и ПФ 7x7. На третьей стадии идет трехмерный (ЗБ) рост данных зародышей силицида магния. По данным ДОС первый прямой межзонный переход смещен в область больших энергий на 0.26 эВ относительно объемного силицида магния, что соответствует упругому сжатию решетки примерно на 2%. По данным [8] двумерная пленка Мз231 со структурой Уз^З-ЯЗО0, сформированная на поверхности 81(111), характеризуется упругим сжатием на 1.9% в плоскости по сравнению с объемным Гу^Эь Поэтому, основываясь на данных работы [8], предполагается, что на третьей стадии происходит формирование островков Мн^ со структурой 2/з^З-Ю0°.
При увеличении плотности потока атомов магния в 4 раза (0.06 нм/мин) происходят незначительные изменения в формировании границы раздела М^Б^ 11). Как и в случае меньшей скорости, происходит формирование атомарных кластеров и островков Г^^ со структурой У^З-КЗО". Но при увеличении плотности потока уменьшается время жизни атомов магния в свободном состоянии, что сказывается на уменьшении времени внедрения атома магния во внутрь ячейки ПФ 7x7 и ее перестройки в структуру 2/з\'3-К30° до поступления очередного атома магния. В итоге начинают формироваться два типа зародышей М§28и со структурой У^З-ЯЗО0 и без нее. При дальнейшей адсорбции атомов магния формируется сплошная пленка М§281, поверх которой растет островковая пленка металлического магния.
При увеличении скорости осаждения магния еще в 6-7 раз (0.4 нм/мин) время жизни атомов магния в свободном состоянии становится настолько малым, что приводит к формированию слоя силицида магния переменного состава, поверх которого растет островковая пленка металлического магния.
Осаждение магния со скоростью 0.4 нм/мин на подложку при температурах 100150 °С приводит к формированию слоя двумерного силицида магния со структурой Уз^З-КЗ0° (далее Ю \ig2Si), тогда как осаждение магния со скоростью 0.06 нм/мин на подложку при температурах 70-140 °С приводит к формированию сплошной пленки, состоящей из двух типов островков Мд28к объемоподобных (положение объемного плазмона характерно для объемного 1у^28к 14.6 эВ [3]) и двумерных (20 1^281). Увеличение температуры подложки для обеих скоростей приводит к формированию островков объемоподобного М§281, которые не покрывают всю поверхность образца, при этом их размеры уменьшаются при увеличении температуры подложки до 250 °С.
Для исследования термической стабильности полученных пленок образцы подвергались изохронным отжигам по 1 минуте с последовательным увеличением температуры отжига. После каждого отжига образец охлаждался до комнатной температуры, и регистрировались ЭОС, ХПЭЭ и ДМЭ данные. Результаты исследования термической стабильности пленки металлического магния, пленок двух типов и трехмерхных островков представлены на рисунке 1. Видно, что
кривые десорбции характеризуются участками, на которых интенсивность Оже-сигнала магния постоянна (плато) и участками с резким изменением интенсивности сигнала. Первые участки соответствуют стабильности структуры, тогда как вторые участки - соответствуют разрушению структуры. Было обнаружено, что пленка металлического магния остается стабильной вплоть до температуры 80 °С, тогда как пленка объемоподобного стабильна до 180 °С, а 20 стабилен до 230 °С. Данные ЭОС и ХПЭЭ показали, что при разрыве пленки двумерного силицида происходит трансформация Ю Мз^ —> 30 островок объемоподобного ¡, а также что при десорбции пленки силицида магния переменного состава (сформированной при уМб=0.4 нм/мин и КТ) формируется силицид магния со структурой -1130°, что также является одним из способов формирования двумерного силицида магния.
Процессы, протекающие при десорбции магния из слоя 20 \ig2Si, изучались с помощью методов ДОС и ХПЭЭ при изотермических отжигах (160, 250 и 260 °С) в течение 20 минут. Для данного исследования слой двумерного силицида получали
07п 'м»"э(о)
0.5-
0.1 -
\
...........ТТ...................
...........
h-o-Qi—о. v
-■-Мд
-v-2D Mg2Si (150 С)
— т—3D islands Mg2Si
— Bulk-like Мд SI
Mg на Mg2Si
'-^-v-vX
-V-
Пленка MgjSi
3D островки Mg2Si 2D островки Mg2Si
200 250
T, °C
• I '
350
Рис. 1 Кривые десорбции магния из пленок металлического магния и силицида магния при изохронных отжигах.
осаждением пленки магния толщиной 1 нм (v=0.5 нм/мин) на поверхность Si(l 11) при КТ, после чего образец отжигали 15 минут при 160 °С. Было обнаружено, что дополнительный отжиг при 160 °С в течение 20 минут приводит к упорядочению слоя двумерного силицида. Отжиг при 250 °С приводит к разрушению слоя 2D Mg2Si, но времени отжига не достаточно для его полного разрушения и десорбции с поверхности. Увеличение температуры отжига до 260 °С привело к значительному увеличению скорости десорбции (в 15-20 раз), полному разрушению слоя 2D Mg2Si и его полной десорбции с поверхности образца.
Из анализа данных ХПЭЭ обнаружено, что 2D Mg2Si характеризуется объемным и поверхностным плазмонами и межзонными переходами при 13.8, 9.7, 4.8 и 3.1 эВ, соответственно, тогда как объемоподобный Mg2Si характеризуется объемным и поверхностным плазмонами и межзонным переходом при 14.6, 9.7 и 4.3 эВ, соответственно (Рис. 2а). Известно [8], что решетка 2D Mg2Si характеризуется упругим сжатием на 1.9%, но столь малая деформация не может объяснить уменьшение частоты объемного плазмона на 0.8 эВ. Поэтому для понимания природы данного сдвига была построена модель пленки двумерного силицида магния (Рис. 26). По данным ХПЭЭ профилирования (при изменении энергии первичного пучка от 150 до 950 эВ) слоя 2D Mg2Si было получено, что его толщина не превышает 0.5 нм. Основываясь на данных модели объемного Mg2Si (толщина 5 слоев недеформированного Mg2Si составляет 0.458 нм (Рис. 26), а толщина 6 слоев -0.55 нм) и данных ХПЭЭ - двумерный силицид магния со структурой %V3-R30° состоит из 5 слоев. Из ЭОС данных следует, что пленка двумерного силицида магния характеризуется силицидным положением Оже-пика магния и кремниевым положением Оже-пика кремния с силицидным характером его низкоэнергетической части. Таким образом, все атомы магния обладают химическими связями с атомами кремния, а нижний слой кремниевых атомов обладает 3 м* химическими связями с атомами кремния и 1 химической связью с атомом магния (Рис. 26), что совпадает с выводами исследований методом фотоэлектронной спектроскопии с синхротронным излучением [10].
В предлагаемой модели каждый атом кремния в первом слое кремния образует химические связи как с атомами кремния (3 связи), так и с атомом магния (1 связь). Поэтому первый слой двумерного силицида магния является последним слоем решетки кремния. При сопряжении решеток Si(lll) и Mg2Si(lll) треть атомов силицидной решетки находится в положении Ti и совпадает с 'А атомов кремния, находящихся в положении Ti (т.е. образуют структуру 2x2), другая треть атомов - в положении Т4, а оставшаяся треть - в положении Н3. Атомы первого слоя магния покрывают всю поверхность и смещены относительно положения Т, (в которых находятся атомы кремния не совпадающие с атомами первого слоя силицида магния) на 1/3 aSi(in) (постоянной трансляции решетки Si(l 11)) (Рис. 26). Атомы второго слоя
18 19 30 32 2«
Рис. 2 а) ХПЭЭ спектры (Ер-150 эВ) чистого кремния, пленки металлического магния, пленки объемоподобного Mg2Si и пленки 2П Mg2Si. б) модель слоя 2П \fg2Si поверх решетки кремния (ромбы - элементарные ячейки для 1x1 и (2/3)^)-К 30°). магния располагаются в точности над атомами первого слоя кремния, т.е. атомы магния также имеют структуру 2x2. Поэтому все атомы кремния из первого ряда соединены с атомами магния (% атомов кремния соединены с атомами 1-го ряда магния и 'А атомов кремния соединены с атомами 2-го ряда магния). Атомы второго слоя кремния располагаются точно над атомами из первого слоя магния. Третий слой магния также как и первый слой заполняет всю поверхность, но смещен относительно положения Т[ на 1/3 а5;(1п) в другую сторону. Следовательно, в предложенной модели все связи являются фиксированными.
Основываясь на данной модели, рассчитали плотность атомов и сравнили ее с плотностью атомов в 5™ слоях объемного Пусть П] и тп, - концентрация
носителей заряда и их масса в объемном а п2 и т2 - в 20 Мя^. Тогда
отношение концентраций валентных электронов в двумерном силициде к объемному
силициду равно
14/
х(52/53)2
= 0.8984, а
("2/4)/ , ч= (13.8/ У=0
893.
Таким образом, предложенная модель объясняет уменьшение частоты объемного плазмона в двумерном силициде магния на 0.8 эВ по сравнению с частотой объемного плазмона в объемном силициде магния.
В четвертой главе приведены результаты исследования по росту кремния поверх низкоразмерного силицида магния, оптические и термоэлектрические свойства образцов со встроенными НК или 20 в кремниевую матрицу. По
результатам исследований сделаны выводы о перспективе применения полученных
наногетеро структур.
Методом твердофазной эпитаксии (при температурах подложки в диапазоне 550700 °С) были выращены слои кремния толщиной 50 им поверх наноразмерных кристаллов силицида магния (НК Mg2Si) с размерами 60-80 нм, высотой 5-12 нм и плотностью 2*109 см"2. По данным АСМ, оптической спектроскопии на отражение и спектроскопии комбинационного рассеяния (КРС) было обнаружено, что при температуре формирования 550 °С НК Mg2Si остаются внутри поликристаллической кремниевой матрицы, тогда как при температурах формирования 650 и 700 °С НК Mg2Si перемещаются в приповерхностную область образца. При этом при температуре 700 °С качество выращенного кремния оказывается хуже (Таблица) и количество силицида магния меньше, чем при 650 °С. Основываясь на данных фазовой диаграммы для системы Mg-Si была предложена следующая модель перемещения НК Mg2Si при твердофазном росте слоя кремния поверх них: при температуре отжига выше 637 °С (температура эвтектики для Mg2Si) происходит разложение НК Mg2Si (Mg2Si—^Mgr^n-Si^p,), [11]), после чего атомы магния диффундируют в кремнии. После выключения отжига образца и во время его охлаждения, оставшиеся атомы магния либо образуют НК Mg2Si в тех местах, где они находятся, либо могут являться легирующей примесью донорного типа в кремнии
[12]. Поэтому размеры НК Mg2Si, их плотность и распределение по объему зависит от температуры и времени отжига образца.
Основываясь на данных по встраиванию одного слоя НК Mg2Si в кремниевую матрицу, были выращены три образца с двумя, тремя и четырьмя слоями НК Mg2Si при температуре формирования 550 °С (толщина слоя кремния между слоями составляла 20 нм, а толщина верхнего слоя кремния составляла 50 нм). По данным АСМ шероховатость поверхности данных образцов меньше, чем для однослойного образца, но по данным оптической спектроскопии и КРС у многослойных образцов худшее кристаллическое качество кремния, чем у однослойных образцов. Из таблицы видно, что для многослойных образцов наблюдается смещение положения кремниевого фонона (сош+ТО(ц=520 см'1) на 4 и 2 см"1. По данным работы [13] смещение положения плазмона обусловлено наличием квантовых ограничений при уменьшении размеров кристаллитов кремния, при этом смещение положения на 2 см"1 соответствует размерам кристаллитов кремния порядка 8.5-9 нм, а смещение положения на 4 см"1 - 6-6.5 нм. По данным этой же работы для размеров кристаллитов кремния больших 15 нм смещения положения фонона не наблюдается. Наличие дополнительного вклада в пик 520 см"1 в области меньших сдвигов (Рис. За) у всех образцов, сформированных методом ТФЭ, обусловлено, по данным работы
[13], наличием атомов кремния с оборванными связями на межзеренных границах кристаллитов кремния. Таким образом, с помощью метода ТФЭ удается встроить НК Mg2Si в кремниевую матрицу, состоящую из поликристаллических зерен различного
размера с учетом КРС и АСМ данных.
Таблица. Приведенные интенсивности фонона 520 см'1 для всех образцов к интенсивности фонона 520 см'1 для монокристаллического кремния по данным спектров комбинационного рассеяния, положение этого фонона и его ширина на полувысоте (FWHM).__
HKMg2SißSi
Si IL IL 2L 3L 4L 18nm a-
650°C 700°C 550°C 550°C 550°C Si
Интенсивность 1 0.64 0.25 0.075 0.155 0.08 0.005
Положение, см"1 520 520 520 516 518 516 520
FWHM, см"1 6 6 10.3 12.5 10 13.2
2D Mg2Si в Si
9 нм 9нм 20hm 20hm + 20hm + 25hm 85hm
160°С 215°C 550°C 650°C
Интенсивность 0.79 0.75 0.57 0.48 0.87 0.94 0.9
Положение, см"1 520 520 520 520 520 520 520
FWHM, см'1 6 6 6 6 6 6 6
Для молекулярно-лучевого роста кремния поверх 2D Mg2Si были выбраны скорость осаждения кремния (Vsi=0.17 нм/мин) и две температуры подложки 160 °С и 215 °С в расчете с одной стороны, блокировать разложение силицида магния встречным потоком кремния, а с другой стороны - достичь упорядоченного роста кремния. По данным ДОС, ХПЭЭ, АСМ, оптической спектроскопии на отражение и КРС было обнаружено, что при двух выбранных температурах слой кремния растет без разрушения слоя двумерного силицида (Рис. 3). При этом слой кремния толщиной 3 нм является достаточным, чтобы полностью закрыть слой 2D Mg2Si (Рис. 36). Образец с температурой формирования 215 °С характеризуется лучшим качеством встроенного двумерного силицида, но немного худшим кристаллическим качеством покрывающего слоя кремния, чем образец с температурой формирования 160 °С (Рис. За, Таблица). Таким образом, для формирования более толстых слоев кремния поверх двумерного силицида магния была выбрана температура 160 °С. По данным АСМ толщина покрывающих слоев кремния в 9 и 20 нм является недостаточной, чтобы поверхность была атомарно-гладкой. Дополнительный отжиг образцов со слоем кремния толщиной 20 нм при 550 °С приводит к незначительному сглаживанию поверхности образца, тогда как отжиг при 650 °С приводит к ее значительным изменениям по данным АСМ. По данным оптической спектроскопии отжиг при 650 °С приводит к разрушению 2D Mg2Si и частичной десорбции атомов магния. Дополнительно были выращены два образца по двухступенчатой технологии: сначала 5 нм кремния осаждали поверх двумерного силицида при температуре 160 °С, после чего осаждали 20 нм кремния при 550 °С, для второго образца слой кремния составил 80 нм (суммарная толщина кремния 85 нм). Рост по двухступенчатой технологии приводит к уменьшению шероховатости поверхности и улучшению кристаллического
Рис. 3 а) КР спектры для монокристаллического кремния, образца с 3"" слоями НК Mg:Si и образца со слоем 20 Mg2Si, закрытым слоем кремния толщиной 9 нм при 215 "С. б) Спектры ХПЭЭ (Ер=150 эВ) для атомарно-чистого кремния и 20 Mg2Si и различных толщин покрывающих слоев кремния поверх данного силицида.
качества покрывающего слоя кремния, при этом топография образца с толщиной слоя кремния 85 нм характеризуется плоскими атомарно- гладкими участками.
Для выращенных образцов были измерены температурные зависимости коэффициента термо-эдс (а) в диапазоне Т=320-470 К (Рис. 4). Было обнаружено, что однослойные образцы с температурами формирования 650 и 700 °С характеризуются отрицательными значениями а во всем температурном диапазоне, тогда как для подложки наблюдается смена знака коэффициента а при 432 К. Для всех образцов в качестве подложки и источников использовались пластины кремния р-типа проводимости. При этом, НК М&вь внедренные в кремниевую матрицу, при температурах ниже 430 К инжектируют дырки через гетеропереход НК Л^Б^ьр. Также известно [12], что атомы магния, внедряясь в кремниевую решетку, дают два донорных уровня с глубинами залегания 0.1 и 0.25 эВ, поэтому при данных температурах формирования образцов (650, 700 °С) происходит разложение НК Г^Э! и легирование слоя кремния атомами магния, что обуславливает отрицательную термо-эдс в диапазоне Т=320-470 К (Рис. 4а). Увеличение количества слоев НК Г^281, встроенных в кремниевую матрицу, приводит к 2*-3* кратному увеличению коэффициента термо-эдс по сравнению с подложкой, но при этом ухудшается качество кремниевых слоев, что является неприемлемым для создания термоэлектрических преобразователей на их основе.
Рис. 4 Температурные зависимости коэффициента термо-эдс для:
а) монокристаллического кремния р-типа проводимости, однослойного образца с температурой формирования 700 "С и образца с 2м* слоями HKMg2Si.
б) образцов с внедренным слоем 20 / (слой кремния 20 нм) с температурой формирования 160°С без дополнительного и с дополнительным отжигом при 550 "С, и образца со слоем кремния толщиной 85 нм, поверх 2П Mg2Si.
Образец с внедренным слоем 20 в кремниевую матрицу характеризуется
проводимостью носителей заряда по слою двумерного силицида и коэффициентом термо-эдс в 3-4 раза большем, чем для подложки (Рис. 46). Отжиг данной структуры при 550 °С приводит к частичной потере сплошности слоя двумерного силицида и к увеличению коэффициента термо-эдс в 2-2.5 раза по сравнению с образцом без отжига, что обусловлено легированием слоя 20 N^581 атомами бора из кремния. Образец, выращенный по двухступенчатой технологии, с толщиной кремниевого слоя 25 нм характеризуется таким же характером изменения коэффициента а(Т), что и образец толщиной кремния 20 нм и дополнительным отжигом при 550 °С. Увеличение толщины покрывающего слоя кремния (до 85 нм) приводит к уменьшению значений а, что обусловлено уменьшением влияния слоя 20 М§251 на суммарную термо-эдс системы.
Основные результаты ч выводы
• При скоростях осаждения Мд на 51(111)7x7 не более 0.06 нм/мин формирование границы раздела идет в три стадии: на первой стадии - формирование атомарных кластеров, которые заполняют всю поверхность при покрытии 0.12 МС; на второй стадии - формирование и рост островков силицида магния, поверх которых на третьей стадии растут островки металлического магния. При увеличении скорости осаждения формирование границы раздела проходит в две стадии: зарождение и рост островков силицида магния нестехиометрического состава, поверх которого на второй стадии растут островки металлического магния.
• В системе М^81(111) возможно формирование двух типов силицида магния: объемоподобного и двумерного со структурой Уз^З-ИЗО0, которые
характеризуются различными максимальными температурами стабильности в условиях сверхвысокого вакуума: 180 и 230 °С, соответственно. Двумерный силицид магния имеет ограниченную толщину (порядка 0.5 нм) и характеризуется меньшей плотностью носителей заряда и фиксированными химическими связями Mg-Si в отличие от объемоподобного силицида магния.
• С помощью метода ТФЭ при температурах не выше 550 °С удается встроить НК Mg2Si в кремниевую матрицу поликристаллического качества на заданную глубину, тогда как при температурах 650 °С и выше происходит разложение силицида магния и диффузия атомов магния по кремнию, что приводит к произвольному распределению Ж Mg2Si по всему объему кремниевой матрицы и к легированию кремния атомами магния.
• С помощью метода МЛЭ (Vsi=0.17 нм/мин) при температурах не выше 160-215 °С удается встроить 2D Mg2Si в кремниевую матрицу, состоящую из монокристаллических блоков. Однако из-за не соответствия решеток Si(l 11) и 2D MgjSi в 1.9% не удается вырастить слой кремния с атомарно-гладкой поверхностью даже при толщине 85 нм.
• Наногетероструктуры Si-p/2D Mg2Si/Si(l 11)-р характеризуются большими значениями коэффициента термо-эдс (а~130 мкВ/К) по сравнению с наногетероструктурами Si-p/HKMg2Si/Si(lll)-p (а=20-30 мкВ/К), что обусловлено большим количеством силицида магния и лучшим кристаллическим качеством покрывающего слоя кремния.
Материалы диссертационной работы полностью отражены в следующих
публикациях:
1 Галкин Н.Г., Галкин К.Н., МасловА.М., Давыдов В.А., Машковский A.A., Чередниченко А.И., Гутаковский А.К. и Латышев A.B. "Формирование, структура и оптические свойства многослойных материалов на основе кремния и наноразмерных кластеров Mg2Si" // Вестник ДВО РАН, №6 (2005) с. 12-22.
2 GalkinN.G., GalkinK.N. and VavanovaS.V. "Multilayer Si(lll)/Mg2Si clusters/Si heterostructures: formation, optical and thermoelectric properties" // e-journal of Surface Science and Nanotechnology, Vol. 3 (2005) pp. 12-20.
3 Галкин K.H., Маслов A.M., Давыдов B.A. "Оптические свойства мультислойных материалов на основе кремния и наноразмерных кристаллитов Mg2Si" // Журнал прикладной спектроскопии Т. 73, №2 (2006) с. 204-209.
4 Галкин К.Н., Mahesh Kumar, Govind, Shivaprasad S.M., Коробцов B.B. «Влияние скорости осаждения магния на формирование границы раздела Si(lll)/Mg» // Труды 10-ой Конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов. Владивосток,
ИАПУ ДВО РАН, 2006, с. 22-28.
5 Галкин К.Н., Mahesh Kumar, Govind, Shivaprasad S.M., Коробцов B.B., Галкин Н.Г. "Формирование силицидной фазы (2/W3x%\/3)-R30o и ее термическая стабильность" // Материалы 6 региональной научной конференции "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование, 26-28 сентября 2006, Благовещенск, с.37-39.
6 GalkinK.N., Mahesh Kumar, Govind, Shivaprasad S.M., Korobtsov V.V., Galkin N.G. "Temperature dependence of adsorption and silicidation kinetics at the Mg/Si(ll 1)"// Thin Solid Films, 515 (2007) 8192-8196.
7 Galkin K.N., Korobtsov V.V., Mahesh Kumar, Govind, Shivaprasad S.M. "Influence of evaporation conditions on Mg/Si(lll) interface formation" // Proceedings of Nanomeeting-2007. Editors: V.E. Borisenko, S.V. Gaponenko, V.S. Gurin. World Scientific Publishing Company, Singapore, 2007, pp. 215-218.
8 Галкин K.H., Доценко C.A., Галкин Н.Г., Mahesh Kumar, Govind, Shivaprasad S.M. "Исследование начальных стадий роста Mg на Si(lll) при комнатной температуре методами оптической и электронной спектроскопии" // Физика и техника полупроводников, №42 (2008) с. 485-490.
9 Galkin K.N., Dotsenko S.A., Galkin N.G., Korobtsov V.V., Mahesh Kumar, Govind and Shivaprasad S.M. "Formation, structural and optical properties of two-dimensional silicide phases in Si(l 11)/ Mg system" // 16th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", Vladivostok, Russia, July 14-19, 2008, pp. 112-113.
10 GalkinK.N., Dotsenko S.A. "Silicon overgrowth atop low-dimensional Mg2Si" // Proceedings of Nanomeeting-2009. Editors: V.E. Borisenko, S.V. Gaponenko, V.S. Gurin. World Scientific Publishing Company, Singapore, 2009, pp. 92-95.
11 Галкин Н.Г., Галкин K.H., ГорошкоД.Л., Чусовитин E.A., Шамирзаев Т.С., Гутаковский А.К., Латышев А.В. "Кремний - силицидные наногетероматериалы: формирование, структура, оптические и электрические свойства" // тезисы докладов Третьей всероссийской конференции по наноматериалам "НАНО-200", Екатеринбург, 20-24 апреля 2009, с.139-141.
12 Галкин К.Н., Доценко С.А., Галкин Н.Г., "In situ ДОС и ХПЭЭ исследования десорбции и роста в системе Si(lll)/2D MgjSi/Si" // Химическая физика и мезоскопия, Том 11, №3 (2009) с. 334-344.
Список цитируемой литературы
[1] Au-YangM.Y., Cohen M.L. "Electronic structure and optical properties of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn" // Phys. Rev. 178 (1969). pp. 1358-1364.
[2] Mahan J.E., Vantomme A., Lagouche G., Becker J.P. "Semiconducting Mg2Si thin films prepared by molecular beam epitaxy" // Phys. Rev.B 54 (1996). pp. 1696516971.
[3] GalkinN.G., Vavanova S.V., MaslovA.M., GalkinK.N., Gerasimenko A.V. and Kaidalova T.A. "Solid phase growth and properties of Mg2Si films on Si(l 11)" // Thin Solid Films 515 (2007) pp. 8230-8236.
[4] ВавановаС.В., Галкин Н.Г., Галкин K.H., МасловА.М. и Кайдалова T.A. "Формирование, оптические, электрические и термоэлектрические свойства тонких пленок силицида магния на Si(lll) и Si02" // Вестник ДВО РАН, №6. прил. (2005) с. 85-92.
[5] Goranova Е., Amov В., Baleva М., Trifonova Е.Р., Yordanov P., "Ion beam synthesis of Mg2Si" // Journal of Materials Science 39 (2004), pp. 1857-1859.
[6] Semiconducting silicides. / Ed. by Borisenko V.E. - Berlin: Spinger-Verlag, 2000. -362p.
[7] Vandre D., Incoccia L. and Kaindl G. "Structural studies of the Mg/Si(l 11) interface formation" // Surface Science 225 (1990), pp. 233-241.
[8] QuinnJ. and JonaF. "New results on the reaction of Si(lll) with Mg" // Surface Science Letters 249 (1991), pp. L3 07-L311.
[9] KuboO., Saranin A.A., ZotovA.V., Ryu J.-T., Tani H., HaradaT., KatayamaM., Lifshits V.G., Oura K. "Mg-induced Si(l 1 l)-(3x2) reconstruction studied by scanning tunneling microscopy" // Surface Science 415 (1998) pp. L971-L975.
[10] An K.S., Park R.J., Kim J.S., Park C.Y., Lee S.B., Abukawa Т., Kono S., Kinoshita Т., Kakizaki A., Ishii T. "Initial interface formation study of the Mg/Si(l 11) system" // J. Appl. Phys. 78 (1995) pp. 1151-1155.
[11] Бутман М.Ф., Кудин JI.С. "Масс-спектрометрическое исследование термической диссоциации Mg2Si" // Журнал физической химии 77 (2003) с. 610-616.
[12] Фотоэлектрические явления в полупроводниках и размерно-квантованных структурах: Учеб.пособие / Воробьев Л.Е., Данилов С.Н., Зегря Г.Г., ФирсовД.А., ШалыгинВ.А., Яссиевич И.Н., Берегулин Е.В., - СПб.: Наука, 2001, с.11
[13] IqbalZ., VepfekS., Webb А.Р. and CapezzutoP. "Raman scattering from small particle size polycrystalline silicon" // Solid State Communications 37 (1981) pp. 993996.
Галкин Константин Николаевич
Формирование низкоразмерного полупроводникового силицида магния и наногетероструктур на его основе
Автореферат
Подписано к печати 23.09.2009 г. Усл. п. л. 1,0. Уч. изд. л. 0,8 Формат 60x84/16. Тираж 100. Заказ № 32.
Издано ИАПУ ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5. Отпечатано группой оперативной полиграфии ИАПУ ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5
Введение.
Глава 1. Силицид магния: от толстых пленок к низкоразмерным структурам.
1.1. Силицид магния: формирование, структура и свойства.
1.2. Наноразмерные кристаллиты, внедренные в чужеродную кристаллическую решетку: структура и свойства.
1.3. Формирование границы раздела Mg/Si(l 11) и упорядоченных фаз магния на кремнии.
1.4. Выводы.
Глава 2. Методы исследования, аппаратура и методики.
2.1. Методы исследования.
2.1.1. Электронная Оже-спектроскопия (ЭОС) и Спектроскопия Характеристических Потерь Энергии Электронами (ХПЭЭ).
2.1.2. Дифракция Медленных Электронов (ДМЭ).
2.1.3. Атомная силовая микроскопия (АСМ).
2.1.4. Оптическая спектроскопия твердых тел.
2.1.5. Дифференциальная отражательная спектроскопия (ДОС).
2.1.6. Спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС).
2.2. Экспериментальная аппаратура.
2.3. Методы подготовки образцов и источников, роста структур, расчетов и моделирования оптических функций.
2.3.1. Подготовка образцов и источников, контроль чистоты поверхности и схемы ростовых экспериментов.
2.3.2. Методики расчета скорости по данным кварцевого датчика толщины, ЭОС и ХПЭЭ.
2.3.3. Расчет оптических функций из спектров ДОС.
2.3.3.1 .Метод динамического эталона.
2.3.3.2.Метод восстановленного эталона.
Глава 3. Влияние условий роста на формирование границы
раздела Mg/Si(lll).
3.1. Влияние скорости осаждения магния на формирование границы
раздела Mg/Si(l 11).
3.1.1. Формирование границы раздела Mg/Si(l 11) по данным ЭОС.
3.1.2. Формирование границы раздела Mg/Si(lll) при «малой» скорости осаждения Mg.
3.1.3. Формирование границы раздела Mg/Si(lll) при «средней» скорости осаждения Mg.
3.1.4. Формирование границы раздела Mg/Si(l 11) при «большой» скорости осаждения Mg.
3.2. Формирование двумерного упорядоченного слоя силицида магния со структурой 2/W3-R30° по данным ДМЭ, ЭОС и ХПЭЭ.
3.3. Влияние температуры подложки на формирование границы раздела Mg/Si(lll).
3.4. Термостабильность слоев магния и силицида магния на кремнии.
3.4.1. ЭОС и ХПЭЭ исследования десорбции магния из пленок силицида магния на Si(lll) методом изохронного отжига.
3.4.2. ДОС и ХПЭЭ исследования десорбции магния из двумерного слоя силицида магния со структурой Уз^З-ЯЗО0 на Si(lll) методом изотермического отжига.
3.5. Модель двумерного упорядоченного силицида магния.
3.6. Выводы.
Глава 4. Рост кремния поверх силицида магния на Si(lll): морфология, структура и свойства.
4.1. Рост кремния поверх наноразмерных островков силицида магния на Si(lll).
4.2. Рост многослойных гетероструктур со встроенными нанокристаллами силицида магния.•.
4.3. ДОС, ХПЭЭ и АСМ исследования роста кремния на упорядоченном двумерном силициде магния со структурой %V3
R30° на Si(lll).
4.4. Термоэлектрические свойства кремния со встроенными НК Mg2Si и двумерным силицидом магния.
4.5. Выводы.
Актуальность темы Силицид магния (Mg2Si) представляет интерес в качестве узкозонного полупроводника для создания термоэлектрических преобразователей на базе кремниевой планарной технологии. Фундаментальные электронные свойства монокристаллов силицида магния и его тонких пленок исследовались достаточно подробно [1-6]. Методом молекулярно-лучевой эпитаксии [2] при 200 °С были сформированы толстые поликристаллические пленки Mg2Si стехиометрического состава на кремнии с шириной запрещенной зоны 0.76 эВ. Повысить температуру подложки при росте данных пленок было невозможно из-за уменьшения до нуля коэффициента аккомодации магния к кремнию. Использование метода твердофазной эпитаксии (Т=550 °С) из смеси магний - кремний на затравочных островках силицида магния позволило создать пленки силицида магния с эпитаксиально ориентированными зернами и небольшим рельефом [3,4]. Однако при этом наблюдались отклонения от стехиометрического состава силицида и изменения в зонной энергетической структуре [3]. Это было связано с частичным разложением силицида в приповерхностной области и десорбцией магния из нее. Величина термо-эдс полученных пленок в 3-5 раз меньше, чем у монокристалла силицида магния [4], что не позволило их использовать для создания термоэлектрических преобразователей с достаточной эффективностью. Использование ионного внедрения магния в решетку кремния и температурных отжигов при температурах не выше 500 °С позволило получить материалы со встроенными преципитатами или слоями силицида магния [5]. Однако рекристаллизация кремния в таких структурах осложнена невозможностью использования высокотемпературных отжигов, что также снижает ценность полученных структур для использования в качестве термоэлектрических материалов. В монографии [6] было высказано предположение о возможности повышения величины термо-эдс и эффективности термоэлектрического преобразования, путем введения в систему (матрицу) встроенных слоев или образований с пониженной размерностью от квазидвумерных до квазинульмерных. Однако, экспериментальных работ по исследованию термоэлектрических эффектов для кремниевой матрицы со встроенными преципитатами или двумерным слоем силицида на данный момент нет. Наиболее подходящими способами роста таких структур на кремнии являются методы молекулярно-лучевой и реактивной твердофазной эпитаксии в условиях сверхвысокого вакуума при осаждении малых покрытий магния на атомарно-чистую поверхность кремния. В зависимости от скорости осаждения, температуры подложки или температуры отжига может наблюдаться изменение механизма формирования границы раздела кремний — магний и образование систем с различной размерностью от наноразмерных островков до двумерных слоев силицида магния. Изучение этих процессов является необходимым условием для роста монолитных наногетероструктур со встроенным силицидом магния с пониженной размерностью и последующего исследования их оптических и термоэлектрических свойств. Однако подобные работы не проводились, и получение знаний в этой области является одной из актуальных задач физики полупроводников.
Обоснование выбора материалов Выбор материала для исследований основан на использовании экологически чистых и недорогих материалов (магний, кремний) для создания кремний - силицид магниевых наногетероструктурных материалов с высоким значением термо-эдс с целью определения перспектив их использования в кремниевой термоэлектронике.
Цель диссертационной работы - установление закономерностей формирования границы раздела Mg/Si(l 11) и последующего роста кремния с целью создания монолитных Si/Mg2Si/Si(l 11) наногетероструктур.
Основные задачи диссертационной работы
• Исследовать формирование границы раздела Mg/Si(l 11) в зависимости от скорости осаждения магния и температуры подложки.
• Исследовать формирование двумерного упорядоченного слоя силицида магния со структурой 2/з^/3-Ю0° на Si(l 11)7x7 в зависимости от величины покрытия, температуры подложки и/или температуры отжига, а также его структуру, морфологию, температурную стабильность и оптические свойства.
• Исследовать рост кремния на поверхности Si(lll) с наноразмерными кристаллами силицида магния (НК Mg2Si) или двумерным слоем силицида магния (2D Mg2Si), его структуру и морфологию. Определить взаимосвязь между условиями формирования наногетероструктур со встроенными НК Mg2Si или 2D Mg2Si и их оптическими и термоэлектрическими свойствами.
Научная новизна работы Впервые установлены границы скоростей осаждения Mg на Si(l 11)7x7 (0.06 нм/мин и 0.4 нм/мин), при который наблюдается смена механизма формирования границы раздела Mg/Si(lll) с трехступенчатого (атомарные кластеры Mg пленка силицида магния —> пленка металлического магния) на двухступенчатый (пленка силицида магния переменного состава —> пленка металлического магния). Показано, что плотность носителей заряда в двумерном силициде магния со структурой 3-R300 уменьшается по сравнению с объемным силицидом магния.
Впервые показано, что при использовании метода молекулярно-лучевой эпитаксии при температурах 160 - 215 °С наблюдается эпитаксиальный рост зерен кремния на поверхности двумерного силицида магния со структурой 3-R300.
Показано, что встраивание НК Mg2Si (или 2D Mg2Si) в .кремний р-типа проводимости приводит к изменению характера температурной зависимости его коэффициента термо-эдс.
Показано, что значения коэффициента термо-эдс в наногетероструктурах Si-p/2D Mg2Si/Si(l 11)-р больше чем в в наногетероструктурах Si-p/HK Mg2Si/Si(l 11)-р и больше чем в Si(l 11) р-типа проводимости.
Практическая ценность Разработана модель двумерного силицида магния со структурой %V3-R30° на Si(lll), которая может быть использована для ab-initio расчетов зонной структуры этого двумерного силицида.
Определены границы термической стабильности в условиях сверхвысокого вакуума пленок металлического магния (80 °С), объемоподобного (180 °С) и двумерного (230 °С) силицидов магния на Si(lll).
Разработана методика создания наногетероструктур Si-р/НК Mg2Si/Si(l 11)-р с поликристаллической структурой кремниевого слоя.
Разработана методика создания наногетероструктур Sip/20 Mg2Si/Si(l 11)-р с кремниевым слоем, состоящим из монокристаллических зерен.
Получены наногетероструктуры Si-p/2D Mg2Si/Si(l 11)-р и Si-р/НК Mg2Si/Si(lll)-p с максимальными коэффициентами термо-эдс 130 мкВ/К (415 К) и -141 мкВ/К (460 К), соответственно, которые могут быть использованы для создания термоэлектрических преобразователей на их основе.
Основные защищаемые положения Атомарные кластеры Mg на Si(l 11)7x7 формируются при комнатной температуре и скоростях осаждения магния не более. 0.06 нм/мин и характеризуются образованием химических связей с атомами кремния без разрушения сверхструктуры (7x7).
Сплошная пленка двумерного силицида магния со структурой (2/Зл/З)-R30° на Si(lll) формируется при адсорбции магния со скоростями 0.014 нм/мин и 0.4 нм/мин на подложку при температурах 20 °С и 100150 °С, соответственно. При промежуточных скоростях и температурах 70-140 °С формируются одновременно два типа силицида магния: двумерный и объемоподобный.
Двумерный силицид магния со структурой УА 3-R300 характеризуется фиксированными связями Mg-Si и состоит из 5™ слоев: двух кремниевых и трех магниевых (суммарная толщина которых не превышает 0.5 нм).
• Структура слоя кремния, формирующегося на поверхности Si(lll) с НК Mg2Si или 2D Mg2Si, определяется методами его роста и типом силицида магния.
• Нанокристаллы Mg2Si и слой двумерного силицида магния, встроенные в кремниевую матрицу, являются основными источниками носителей заряда, которые инжектируются в кремниевый слой через разрывы зон в гетеропереходе Mg2Si / Si-p, что приводит к 4х —10™ кратному увеличению коэффициента термо-эдс в наногетероструктурах Si-р/НК (2D) Mg2Si / Si(l 11)-р по сравнению с подложкой Si(lll) р-типа проводимости.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы были представлены в 7 устных и 8 стендовых докладах на международных и российских конференциях и симпозиумах (Россия, республика Беларусь, Венгрия и Япония), а также - в 12 устных докладах на студенческих и аспирантских всероссийских и региональных конференциях с 2003 по 2009 годы.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 14 статей (5 статей в журналах из списка ВАК РФ, 2 статьи в реферируемых международных журналах, 7 статей - в сборниках трудов международных и региональных конференций) и 8 тезисов сообщений в сборниках трудов конференций.
Личный вклад автора заключается в проведении всех экспериментов по росту, исследованию морфологии и свойств двумерной фазы силицида магния и наноразмерных островков силицида магния на кремнии, созданию кремния со встроенными слоями нанокристаллов силицида магния и слоем двумерного силицида магния. Автор обрабатывал основные экспериментальные данные и интерпретировал их, участвовал в обсуждении и написании статей. Вошедшие в диссертацию результаты отражают итоги исследований, проведенных автором в ИАПУ ДВО РАН совместно с сотрудниками лаборатории оптики и электрофизики и в National Physical Laboratory Dr. K.S. Krishnan Road, New Delhi, India совместно,с сотрудниками Surface Physics and Nanostructures Group.
Участие основных соавторов публикаций заключалось в следующем: д.ф.-м.н. Коробцов В.В., д.ф.-м.н., профессор Галкин Н.Г. и Ph.d. S.M. Shivaprasad участвовали в постановке задач, обсуждении результатов и написании ряда статей; к.ф.-м.н. Доценко С.А. обрабатывал данные ДОС - экспериментов и участвовал в обсуждении и написании ряда статей; к.ф.-м.н. Маслов A.M., к.ф.-м.н. Ваванова С.В. Давыдов В.А. и д.ф.-м.н. Чередниченко А.И. участвовали в обсуждении материалов по оптической спектроскопии и оптическим свойствам выращенных образцов; Ph.d. Govind и Ph.d. Mahesh Kumar участвовали в обсуждении данных по влиянию условий роста на формирование границы раздела Mg/Si(l 11).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 188 страниц, включая 62 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 141 наименования.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
• При скоростях осаждения Mg на Si(l 11)7x7 не более 0.06 нм/мин формирование границы раздела идет в три стадии: на первой стадии — формирование атомарных кластеров, которые заполняют всю поверхность
- при покрытии 0.12 МС; на второй стадии — формирование и рост островков силицида магния, поверх которых на третьей стадии растут островки металлического магния. При увеличении скорости осаждения формирование границы раздела проходит в две стадии: зарождение и рост островков силицида магния нестехиометрического состава, поверх которого на второй стадии растут островки металлического магния.
• В системе Mg/Si(lll) возможно формирование двух типов силицида магния: объемоподобного и двумерного со структурой которые характеризуются различными максимальными температурами стабильности в условиях сверхвысокого вакуума: -180 и 230 °С, соответственно. Двумерный силицид магния имеет ограниченную толщину (порядка 0.5 нм) и характеризуется меньшей плотностью носителей заряда и фиксированными химическими связями Mg-Si в отличие от объемоподобного силицида магния.
• С помощью метода ТФЭ при температурах не выше 550 °С удается встроить НК Mg2Si в кремниевую матрицу поликристаллического качества на заданную глубину, тогда как при температурах 650 °С и выше происходит разложение силицида магния и диффузия атомов магния по кремнию, что приводит к произвольному распределению НК Mg2Si по всему объему кремниевой матрицы и к легированию кремния атомами магния.
• С помощью метода МЛЭ (Vsi=0.17 нм/мин) при температурах не выше 160-215 °С удается встроить 2D Mg2Si в кремниевую матрицу, состоящую из монокристаллических блоков. Однако из-за не соответствия решеток Si(l 11) и 2D Mg2Si в 1.9% не удается вырастить слой кремния с атомарногладкой поверхностью даже при толщине 85 нм. • Наногетероструктуры Si-p/HK Mg2Si/Si(l 11)-р характеризуются меньшими значениями коэффициента термо-эдс (а=20-30 мкВ/К) по сравнению с наногетероструктурами Si-p/2D Mg2Si/Si(l 11)-р (а~130 мкВ/К), что обусловлено меньшим количеством силицида магния и худшим кристаллическим качеством покрывающего слоя кремния.
1.Y., Cohen M.L. "Electronic structure and optical properties of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn" // Phys. Rev. 178 (1969). pp. 1358-1364.
2. Mahan J.E., Vantomme A., Lagouche G., Becker J.P. "Semiconducting Mg2Si thin films prepared by molecular beam epitaxy" // Phys. Rev.B 54 (1996). pp. 16965-16971.
3. Galkin N.G., Vavanova S.V., Maslov A.M., Galkin K.N., Gerasimenko A.V. and Kaidalova T.A. "Solid phase growth and properties of Mg2Si films on Si(l 11)" // Thin Solid Films 515 (2007) pp. 8230-8236.
4. Ваванова C.B., Галкин Н.Г., Галкин K.H., Маслов A.M. и Кайдалова T.A. "Формирование, оптические, электрические и термоэлектрические свойства тонких пленок силицида магния на Si(l 11) и Si02" // Вестник ДВО РАН, №6. прил. (2005) с. 85-92.
5. Goranova Е., Amov В., Baleva М., Trifonova Е.Р., Yordanov P., "Ion beam synthesis of Mg2Si" // Journal of Materials Science 39 (2004), pp. 18571859.
6. Semiconducting silicides. / Ed. by Borisenko V.E. — Berlin: Spinger-Verlag, 2000.-362p.
7. Handbook of Refractory Compounds. / Ed. by . Samsonov G.V., Vinitskii I.M. IFI/Plenum, New York, 1980. - 555p.
8. Silicides for VLSI Applications / Ed. by Murarka S.P. Academic Press, New York, 1983.-200p.
9. Ottaviani G. "Metallurgical aspects of the formation of silicides" // Thin Solid Films 140 (1986), pp. 3-21.
10. MaexK. "Silicides for integrated circuits: TiSi2 and CoSi2" // Material Science and Engineering Reports 11 (1993), pp. 53-153.
11. Bost M.C., Mahan J.E. "Optical properties of semiconducting iron disilicide thin films" // J. Appl. Phys. 58 (1985), pp. 2696-2703.
12. LongR.G., BostM.C., Mahan J.E. "Metallic behavior of lanthanum disilicide" // Appl. Phys. Lett. 53 (1988), pp. 1272-1273.
13. Bisi О., Braicovich L., Carbone С., Lindau I., Iandelli A., Olcese G.L., PalenzonaA. "Chemical bond and electronic state in calcium silicides: Theory and comparison with synchrotron-radiation photoemission" // Phys. Rev. В 40(1989), pp. 10194-10209.
14. Allevato C.E., Vining C.B. "Phase diagram and electrical behavior of silicon-rich iridium silicide compounds" // J. Alloys Сотр. 200 (1993), pp. 99-105.
15. JaccarinoV., Wertheim G.K., WernickJ.H., Walker L.R., Arajs S. "Paramagnetic excited state of FeSi" // Phys. Rev. 160 (1967), pp. 476-482.
16. LacerdaA., Zhang H., Canfield P.C., Hundley M.F., FiskZ., Thompson J.D., Seaman C.L., Maple M.B., Aeppli G. "Narrow-gap signature of FexCoi.xSi single-crystals" // Physica В 186-188 (1993), pp. 1043-1045.
17. LangeH. "Electronic properties of semiconducting silicides" // Phys. Stat. Sol. (b) 201 (1997), pp. 3-65.
18. Lee P.M. "Electronic structure of magnesium silicide and magnesium" // Phys. Rev. 135 (1964), pp. A1110-A1114.
19. Folland N.O. "Self-Consistent of the Energy band structure of Mg2Si" // Phys. Rev. 153 (1967). pp. 764-775.
20. Meloni F., Mooser E., Baldereschi A. "Bonding nature of conduction states in electron-deficient semiconductors: Mg2Si" // Physica B+C 117-118 (1983). pp. 72-74.
21. WoodD.M., ZungerA. "Electronic structure of generic semiconductors: Antifluorite silicide and III-V compounds" // Phys. Rev. B. 34 (1986). pp. 4105-4120.
22. Aymerich F., Mula G. "Pseudopotential band structure of Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, and of the solid solution Mg2(Ge, Sn)" // Phys. Stat. Sol. 42 (1970).pp. 697-704.
23. Bashenov V.K., Mutal A.M., Timofeenko V.V. "Valence-band density of states for Mg2Si from pseudopotential calculation" // Phys, Stat. Sol. (b) 871978). pp. K77-K79.
24. Morris R.G., Redin R.G., Donielson G.C. "Semiconducting properties of Mg2Si single crystals" // Phys. Rev. 109 (1958).pp. 1909-1915.
25. Stella A., Brothers A.D., Hopkins R.H., Lynch D.W. 3Pressure coefficient of the band gap in Mg2Si, Mg2Ge and Mg2Sn" // Phys. Stat. Sol. 23 (1967), pp. 697-702.
26. Stella A., Lynch D.W. "Photoconductivity in Mg2Si and Mg2Ge" // J. Phys. Chem. Solids 25 (1964), pp. 1253-1259.
27. Glazov V.M., Koltsov V.B., Kurbatov V.A. "Investigation of the Hall-effect in Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn compounds in solid and liquid state" // Soviet Physics Semiconductors 20 (1986). pp. 527-530 in Russian.
28. LaBotz R.J., Mason D.R., O'Kane D.F. "The thermoelectric properties of mixed crystals of Mg2GexSiix" // J. Electrochem. Soc. 110 (1963), pp. 127134.
29. Vazquez F., Forman R.A., Cardona M. "Electroreflectance measurements on Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn" // Phys. Rev. 176 (1968). pp. 905-908.
30. Bevolo A.J., Shanks H.R. "Valence band study of Mg2Si by Auger spectroscopy" // J. Vac. Sci. Technol. A 1 (1983). pp. 574-577.
31. Scouler W.J. "Optical properties of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn from 0.6 to 11.0 eV at 77K"//Phys. Rev. 178(1969). pp. 1353-1357.
32. Vantomme A., Mahan J.E., Langouche G., Becker J.P., Van Bael M., TemstK., Van Haesenndonck C. "Thin film growth of semiconducting Mg2Si by codeposition" // Appl. Phys. Lett., 70 (1997). pp. 1086-1088.
33. Galkin N.G., Vavanova S.V., Maslov A.M. and Galkin K.N. "Electric and optic properties of thick Mg2Si films on Si(lll)" // SPIE Proceedings, V. 5129 (2003). pp. 313-324.
34. Fractal Concepts in Surface Growth / Ed. by Barabasi A.-L. and Stanley H.E. — Cambridge University Press, Cambridge, 1995. 366p.
35. Matsui H., Kuramoto M., Ono Т., Nose Y., Tatsuoka H., Kuwabara H. "Growth of Ca2Si layers on Mg2Si/Si(lll) substrates" // J. Cryst. Growth237.239 (2002) pp. 2121-2124.
36. Hosono Т., Kuramoto M., MatsuzawaY., Momose Y., MaedaY., Matsuyama Т., Tatsuoka H., Fukuda Y., Hashimoto S., Kuwabara H. "Formation of CaMgSi at Ca2Si/Mg2Si interface" // App. Surf. Sci. 216 (2003) pp. 620-624.
37. Tatsuoka H., TakagiN., Okay a S., Sato Y., InabaT., Ohishi Т., YamamotoA., Matsuyama Т., Kuwabara H. "Microstructures of semiconducting silicide layers grown by novel growth techniques" // Thin Solid Films 461 (2004) pp. 57-62.
38. TakagiN., Sato Y., Matsuyama Т., Tatsuoka H., TanakaM., Fengmin C., Kuwabara H. "Growth and structural properties of Mg2Si and Ca2Si bulk crystal" // App. Surf. Sci. 244 (2005) pp. 330-333.
39. Kajikawa Т., Shida K., Shiraishi K, Ito T. "Thermoelectric figure of merit of impurity doped and hot-pressed magnesium silicide elements" // Proc. of 17th International Conference on Thermoelectrics, Nagoya, Japan May 24-28 1998, pp. 362-369.
40. Beenakker C.W., Staring A.A.M. "Theory of the thermopower of a quantum dot" // Physical Review В 46 (1992) pp. 9667-9675.
41. Hicks L.D., Harman T.C., Dresselhaus M.S. "Use of quantum-well superlattices to obtain a high figure of merit from nonconventional thermoelectric materials" // Appl. Phys. Lett. 63 (1993) pp.3230-3232.
42. Hicks L.D., Dresselhaus M.S. "Effect of quantum-well structures on the thermoelectric figure of merit" // Physical Review В 47 (1993) pp.1272712731.
43. Hicks L.D., Dresselhaus M.S. "Thermoelectric figure of .merit of a one-dimensional conductor" // Physical Review В 47 (1993) pp.16631-16634.
44. Mahan G.D., Lyon H.B. Jr. "Thermoelectric devices using semiconductor quantum wells" // J. Appl. Phys. 76 (1994) pp. 1899-1901.
45. Godijin S.F., Moller S., Buhmann H., Molenkamp W., van Langen S.A. "Thermopower of chaotic quantum dot" // Physical Review Letters 821999) pp. 2927-2930.
46. Angelov Ch., Mikli V., AmovB, GoranovaE. "AFM and SEM investigations of ion beam synthesized Mg2Si precipitates in Si substrates" // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 7 (2005) pp. 369-372.
47. Baleva M., Zlateva G., Atanasov A., Marinova M., Polychroniadis E. "Polariton modes in ion-beam synthesized Mg2Si nanolayers" // Journal of Physics: Conference Series 113 (2008) p. 012042.
48. Baleva M., Marinova M., Atanasov A. "Infrared spectra of semiconducting silicides nanolayers" // Journal of Physics: Conference Series 113 (2008) p. 012043.49 ' Zlateva G., Atanassov A., Baleva M., Nikolova L., Abrashev M.V.
49. Polarized micro-Raman scattering characterization of Mg2Si nanolayers in (001) Si matrix" // Journal of Physics: Condensed Matter 19 (2007) p. 086220.
50. A. Atanassov, M. Baleva "On the band diagram of Mg2Si/Si heterojunction as deduced from optical constants dispersions" // Thin Solid Films, Vol. 515, (2007) pp. 3046-3051.
51. Bose S., AcharyaH.N., Banerjee H.D. "Electrical, thermal, thermoelectric and related properties of magnesium silicide semiconductor prepared from rice husk" //Journal of Materials Science 28 (1993), pp. 5461-5468.
52. VandreD., IncociaL., Kaindl G. "Structural studies of the Mg/Si(lll) interface formation" // Surface Science 225 (1190) pp. 233-241.
53. VandreD., IncociaL., Kaindl G. "Formation of the Mg-Si(lll) interface studied by surface EXAFS" // Vacuum 41 (1990) pp. 687-689.
54. Quinn J and Jona F. "New results on reaction of Si(l 11) with Mg" // Surface Science Letters 249 (1991) pp. L307-L311.
55. Wirgen C., Andersen J.N., Nyholm R., Karlsson U.O. "Epitaxial silicide formation in the Mg/Si(l 11) system" // Surface Science 289 (1993) pp. 290296.
56. Kawashima Y., Tanabe H., Ikeda Т., Itoh H., Ichinokawa T. "Surfacestructures of the Mg/Si(100) system studied by lowrenergy electron diffraction and Auger electron spectroscopy" // Surface Science 319 (1994) pp. 165-171.
57. Галкин Н.Г., Конченко A.B., Маслов A.M., Ваванова C.B.,
58. AnK.S., Park R.J., Kim J.S., Park C.Y., Lee S.B., AbukawaT., Kono S., Kinoshita Т., Kakizaki A., Ishii T. "Initial interface formation study of the Mg/Si(l 11) system" // J. Appl. Phys. 78 (1995) pp. 1151-11-55.
59. AnK.S., Park R.J., KimJ.S., ParkC.Y., Kim C.Y., Chung J.W., Abukawa Т., Kono S., Kinoshita Т., Kakizaki A., Ishii T. "Mg-induced Si(lll) 3x1 structure studied by photoelectron spectroscopy" // Surface Science 337 (1995) pp. L789-L794.
60. An K.S., Park R.J., KimJ.S., ParkC.Y., Kim C.Y., Chung J.W., Kinoshita Т., Kakizaki A. "Photoemission study for Mg/Si(lll) lxl surface" // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 80 (1996) pp. 165-168.
61. Himpsel F.J., Hollinger G., Pollak R.A. "Determination of the Fermi-level pinning position at Si(lll) surfaces" // Phys. Rev. В 28 (1983) pp. 70147018.
62. Kubo O., Saranin A.A., Zotov A.V., Ryu J.-T., Tani H., Harada Т., KatayamaM., Lifshits V.G., OuraK. "Mg-induced' Si(lll)-(3x2) reconstruction studied by scanning tunneling microscopy" // Surface Science 415 (1998) pp. L971-L975.
63. Saranin A.A., Zotov A.V., Lifshits V.G., Katayama M., Oura K. "Family ofthe metal-induced Si(l 11)3x1 reconstructions with a top Si atom density of 4/3 monolayer" // Surface Science 426 (1999) pp. 298-307. •
64. Saiki K., Nishita K., Ariga Y., Koma A. "Growth of Mg films on Exterminated Si(l 11)" // J. Vac. Sci. Technol. A 17 (1999) pp. 2911-2914.
65. Aballe L., Rogero C., Horn K. "Quantum seze effects in ultrathin epitaxial Mg films on Si(l 11)" // Physical Review В 65 (2002) p. 125319.
66. Hutchison P., Evans M.M.R., Nogami J. "Initial stages of Mg growth on the Si(001) surface studied by STM" // Surface Science 411 (1998) pp. 99-110.
67. Kubo O., Saranin A.A., Zotov A.V., Harada Т., Kobayashi Т., YamaokaN., Ryu J.-Т., KatayamaM., OuraK. "Mg/Si(100) reconstructions studied by scanning tunneling microscopy" // Jpn. J. Appl. Phys. 39 (2000) pp. 37403743.
68. Cho E.S., Lee C.H., Hwang C.C., Moon J.C., Oh J.h., Ono K., Oshima M., An K.S., Park C.Y. "High-resolution core-level photoelectron spectroscopy of Mg/Si(100) surfaces" // Surface Science 523 (2003) pp. 30-36.
69. Shaltaf R., Mete E., Ellialtioglu S. "Mg adsorption on Si(001) surface from first principles" // Physical Review В 69 (2004) p. 125417.
70. LeeD., Lee G., Kim S., Hwang C., Koo J.-Y., Lee H. "Room temperature growth of Mg on Si(lll): stepwise versus continuous deposition" // Journal of Physics: Condensed Matter 19 (2007) p. 266004.
71. Применение электронной спектроскопии для анализа поверхности / Под ред. Ибаха X. Пер. с англ. Рига: Зинантне, 1980. С. 17-30.
72. Электронная спектроскопия и процессы на поверхности кремния / Лифшиц В.Г. М.: Наука, 1985. 200 с.
73. Методы анализа поверхности / Под ред. Зандерны А. Пер. с англ. Кораблева В.В., Петрова Н.Н. М.: Мир, 1979. С. 13.
74. Элементарные возбуждения в твердых телах / Пайне Д.М. Мир, 1965. 383 с.
75. Платцман Ф., Вольф П. "Волны и взаимодействие в плазме твердого тела" / Под ред. Скобова В.Г., пер. с англ. М.: Мир, 1975. 436 с.
76. Ritchie R.H. "Plasma losses by fast electron in thin films" // Phys.Rev. 106 (1957) pp. 874-881.
77. Sturm K. "Electron energy loss in simple metals and semiconductors" // Advances in Physics 31 (1982) pp. 1-64.
78. Rather H. "Solid state excitation by electrons" // Springer Tracts Mod.Phys. 88 (1980) pp. 84-157.
79. Thomas J.H., Hofmann. "The use of plasmon-loss peaks in studying the epitaxial silicon on alumina surface" // Surf. And Interf. Analysis 4 (1982) pp. 1-64.
80. Low electron energy diffraction / Pendry J.B. London: Acad.Press, 1974. 407 p.
81. Дворянкин В.Ф., Митягин А.Ю. Дифракция медленных электронов -метод исследования атомной структуры поверхностей // Кристаллография, 1967. Т. 12, № 6. С.1112-1134.
82. Спектроскопия и дифракция электронов при исследовании поверхности твердых тел / Кулешов В.Ф., Кухаренко Ю.А., Фридрихов С.А., Запорожченко В.И., Раховский В.И., Наумовец А.Г., Городецкий А.Е. М.: Наука, 1985. 290 с.
83. Хенцлер М. Электронная дифракция и дефекты поверхности // Применение электронной спектроскопии для анализа поверхности / Под ред. X. Ибаха. Пер. с англ. Рига: Зинатне, 1980. С. 153-193.
84. Chiaradia P., Cricenti A., Selci S., Chiarotti G. "Differential reflectivity of Si(l 11)2x1 surface with polarized light. A test for surface structure" // Phys. Rev. Lett. 52 (1984) pp. 1145.
85. Selci S., Chiaradia P., Ciccacci F., Cricenti A., SparvieriN., Chiarotti G. "Polarization-dependent reflectivity of Si(l 1 l)-(2xl) surface above the gap" // Phys. Rev. В 31 (1985) pp. 4096.
86. Noguez C., Beitia C., Preyss W., Shkrebtii A., Roy M.,. Borensztein Y., Del Sole R. "Theoretical and experimental optical spectroscopy study of hydrogen adsorption at Si(lll)-(7x7)" // Phys. Rev. Lett. 76 (1996) pp.
87. Alameh R., Borensztein Y. "Optical study of oxygen and silver adsorbed on Si(l 11) surfaces" // Applied Surface Science 56-58 (1992) p. 535.
88. Roy M., Beitia C., Borensztein Y., Shkrebtii A., Noguez C., Del Sole R. "Optical spectroscopy study of hydrogenation of the Si(l ll)-7x7 surface" // Applied Surface Science 104-105 (1996) p. 158.
89. Selloni A., Marsella P., Del Sole R. "Microscopic calculation of the surface contribution to optical reflectivity: Application to Si" // Physical Review В 33 (1986) p. 8885.
90. Alameh R., Borensztein Y. "Optical response of Si(l 1 l)'-7x7" // Surface Science 251-252 (1991) p. 396.
91. Dotsenko S.A., Galkin N.G., Gouralnik A.S., Koval' L.A., Turchin T.V. "In situ differential reflectance spectroscopy study of early stages of p-FeSi2 silicide formation" // e-J. Surf. Sci. Nanotech. 3 (2005) p. 113.
92. Mclntyre J.D.E., Aspnes D.E. "Differential reflection spectroscopy of very thin surface films" // Surface Science 24 (1971) p. 417.
93. Физикохимия поверхности полупроводников / Волькенштейн Ф.Ф. -М.: Наука. 1973.-409 с.
94. Selci S., Ciccacci F., Chiarotti G. "Surface differential reflectivity spectroscopy of semiconductor surfaces" // J. Vac. Sci. Technol. A. 5 (1987) p. 327.
95. Курс общей физики: Оптика. Атомная физика / Фриш С.Э., ТимореваА.В. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы. -1952.-798 с.
96. FeibelmanP. "Exact microscopic theory of surface contributions to the reflectivity of a jellium solid" // Phys. Rev. В 14 (1976) p. 762.
97. Bagchi A., Barrera R.G., Rajagopal A.K. "Perturbative approach to the calculation of the electric field near a metal surface" // Phys. Rev. В 20 (1979) p. 4824.
98. Del Sole R. "Microscopic theory of optical properties of crystal surfaces" //
99. Solid State Commun. 37 (1981) p. 537.
100. Del Sole R. "Present status and capabilities for the theoretical calculation of surface optical properties" // Thin Solid Films 313-314 (1998) p. 527.
101. Chiarotti G., ChiaradiaP., ArcipreteF., Goletti C. "Sum .rules in surface differential reflectivity and reflectance anisotropy spectroscopies" // Appl. Surf. Sci. 175-176 (2001) p. 777.
102. Электродинамика сплошных сред / Ландау JT.Д., ЛифшицЕ.М. М.: Наука.-1967.-460 с.
103. ChiaradiaP., Del Sole R. "Differential-reflectance spectroscopy and reflectance-anisotropy spectroscopy on semiconductor surfaces" // Surf. Rev. Lett. 6 (1999) p. 517.
104. HedinL. "New Method for Calculating the One-Particle Green's Function with Application to the Electron-Gas Problem" // Phys. Rev. 139 (1965) p. A796.
105. GodbyR.W., SchlueterM., Sham L.J. "Accurate Exchange-Correlation Potential for Silicon and Its Discontinuity on Addition of an Electron" // Phys. Rev. Lett. 56 (1986) p. 2415.
106. HohenbergP., Kohn W. "Inhomogeneous Electron Gas" // Phys. Rev. 136 (1964) p. B864.
107. KohnW., Sham L.J. "Self-Consistent Equation Including Exchange and Correlation Effects" // Phys. Rev. 140 (1965) p. A1133.
108. ManghiF., Molinari E., Del Sole R., Selloni A. "Origin of surface anisotropies in the optical spectra of III-V compounds" // Phys. Rev. В 39 (1989) p. 13005.
109. RohlfingM., Louie S.G. "Electron-hole excitation and optical spectra from first principles" // Phys. Rev. В 62 (2000) p. 4927.
110. Benedict L.X., Shirley E.L., BohnR.B. "Theory of optical absorption in diamond, Si, Ge and GaAs" // Phys. Rev. В 57 (1998) p. R9385.
111. Benedict L.X., Shirley E.L., BohnR.B. "Optical Absorption of Insulators and the Electron-Hole Interaction: An ab initio Calculation" // Phys. Rev.1.tt. 80(1997) p. 4514.
112. Albrecht S., Reining L., Del Sole R., Onida G. "Ab initio Calculation of Excitonic Effects in the Optical Spectra of Semiconductors" // Phys. Rev. Lett. 80 (1997) p. 4510.
113. Технология тонких пленок (справочник) / Под ред. МайселлаЛ., ГлэнгаР., Нью-Йорк, 1970., Пер. с англ. Под ред. Елинсона М.И., Смолко Г.Г. Т.1. М., «Сов. радио», 1974, 664 с.
114. Tanuma S., Powel C.J., PennD.R. "Proposed formula for electron inelastic mean free paths based on calculations for 31 materials"// Surface Science 192(1987) pp. L849-L857.
115. Курс общей физики: Оптика. Физика атома и атомного ядра. / Зисман Г.А., Тодес О.М. М.: Наука, -1965. - 512 с.
116. Lazzari R., Jupille J., Borensztein Y. "In situ study of a thin metal film by optical means" // Appl. Surf. Sci. 142 (1999) p. 451.
117. Beitia C., Borensztein Y., Barrera R.G., Roman-Velazquez C.E., Nogues C. "Multipolar plasma resonances in supported alkali-metal nanoparticles" // Physica В 279 (2000) p. 25.
118. Beitia C., Borensztein Y. "Formation and stability of small particles of potassium studied by real-time surface differential reflectance" // Surf. Sci. 402-404(1998) p. 445.
119. Martin D., CreuzetF., Jupille J., Borensztein Y., Gadenne P. "2D and 3D silver adlayers on Ti02(l 10) surfaces" // Surf. Sci. 377-379 (1997) p. 958.
120. ZotovA.V., SaraninA.A., Kubo O., HaradaT., KatayamaM., OuraK. "Quantitative STM investigation of the phase formation in submonolayer In/Si(l 11) system" // Appl. Surf. Sci. 159-160 (2000) p. 237.
121. Bauerle F., Monch W., HenzlerM. "Correlation of electronic surface properties and surface structure on cleaved silicon surfaces" // J. Appl. Phys. 43 (1972) p. 3917.
122. CricentiA., BernhoffH., PurdieD., ReihlB. "Si(100)2xl+Sb surfaces studied with photoemission and optical spectroscopy" // J. Vac. Sci.
123. Technol. A 12 (1994) p. 2327.
124. Lautenschlager P., GarrigaM., VinaL., CardonaM. "Temperature dependence of the dielectric function and interband critical points in silicon" // Phys. Rev. В 36 (1987) p. 4821.
125. Dotsenko S.A., Galkin N.G., Koval L.V., Polyarnyi V.O. "In situ differential reflectance spectroscopy study of solid phase epitaxy in Si(lll)-Fe and Si(l 11)-Cr systems" // e-J. Surf. Sci. Nanotech. 4 (2006) p. 319.
126. Электронная спектроскопия и процессы на поверхности кремния / Лифшиц В.Г. М.: Наука, 1985.200с.
127. Powell C.J. and SwanJ.B. "Origin of the characteristic electron energy losses in magnesium" // Physical Review 116 (1959) pp. 81-83.
128. Спектры ХПЭЭ поверхностных фаз на кремнии / Лифшиц В.Г., Луняков Ю.В. Дальнаука, 2004. 314 с.
129. Галкин Н.Г., Доценко С.А., Коваль Л.В. "Оптические свойства "магических" кластеров, формирующихся в системах In/Si(lll) и Cr/Si(l 11)" // Письма ЖТФ 33 (2007) с. 44-52.
130. Кривошеева А.В., Холод А.Н., Шапошников В.Л., Кривошеев А.Е., Борисенко В.Е. "Зонная структура полупроводниковых соединений Mg2Si и Mg2Ge с напряженной кристаллической решеткой" // ФТП 362002) с. 528-532.
131. Бутман М.Ф., Кудин Л.С. "Масс-спектрометрическое исследование термической диссоциации Mg2Si" // Журнал физической химии 772003) с. 610-616.
132. Pines D., Bohm D. "A Collective Description of Electron Interactions: III. Coulomb Interactions in a Degenerate Electron Gas" // Phys. Rev 92 (1953) pp. 609-625.
133. Galkin N.G., Galkin K.N. and Vavanova S.V. "Multilayer Si(lll)/Mg2Si clusters/Si heterostructures: formation, optical and- thermoelectric properties" // e-journal of Surface Science and Nanotechnology, Vol. 3 (2005) pp. 12-20.
134. KosterU. "Crystallization of amorphous silicon films" // Phys. Stat. Sol(a) 48 (1978) p. 313-321
135. Zotov A.V., Korobtsov V.V. "Present status of solid phase epitaxy of vacuum-deposited silicon" // Journal of Crystal Growth 98 (1990) pp. 519530.
136. Widulle F., RufT., KonumaM., Silierl., CardonaM., Kriegseis W., Ozhogin V.I., "Isotope effects in elemental semiconductors: a Raman study of silicon" // Solid State Communications 118 (201) pp. 1-22
137. IqbalZ., Veprek S., Webb A.P. and Capezzuto P. "Raman scattering from small particle size polycrystalline silicon" // Solid State Communications 37 (1981) pp. 993-996.
138. Фотоэлектрические явления в полупроводниках и размерно-квантованных структурах: Учеб.пособие / Воробьев Л.Е., Данилов С.Н., Зегря Г.Г., Фирсов Д.А., Шалыгин В.А., Яссиевич И.Н., Берегулин Е.В., -СПб.: Наука, 2001, с. 11
139. Buchenauer C.J. and CardonaM. "Raman scattering in Mg2Si, Mg2Ge and Mg2Sn" // Physical Review В 3 (1971) pp. 2504-2507.
