Формирование поверхностных фаз в трехкмопонентной системе Si(III)-(Au,Ag) и Si(III)-(Ag,In) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ АВТОМАТИКИ И ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ

РГ6 од

^ О ^-,-г-

> <•' ' ■ .

На преьах рукописи

НАМЖИЛ ЭНЭБИШ

ФОРМИРОа\НИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ФАЗ В ТРЕХКОМПОКЕНТНОЙ СИСТЕМЕ й(Ш)-(Аи,Ад) И 51(Ш)-(ЛдДп)

Спмтааяшость 01.0-5,07 - Факаса тве! дого галг

АВТОРЕФЕРАТ диссгрквдга ш соискание у-кякЛ степгкя кввдаеега фяззг?о-мяемахячесиа тук

Влаязвостзк - 29У5

Работе выполнена в Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН

Научные руководители - доктор физико-математических наук профгссср В.ГЛифшвц кандидат физико-математических наук, ЮЛ. Гааридюк

Официальные оппоненты- доктор физико-математических наук профессор Л.ФЛсботкевкч кандидат физико-математических наук, А.А.Сарашш

Ведущая организация - Дальневосточный Государстегкиий Технический Университет, г.Вяадазостох'

Защит состоится * 1УР ' и^сн^ 1995 года в на заседании диссертационного совета К 003.30.02. в Нктнуте езтсмат«да; и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН по адресу: 690041, г.Вяадивосток, уд. Редао 5

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Института автоматики я процессов управления ДВО РАИ.

Автореферат разослан " ДА" " 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета „

1:.ф-м. н. ^----ЮЛ.Гаврилюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Ддуйяртасть тс»™. К числу осношшх факторов, стимулирующих рзэмпие

кссяедетдашй яоум;рных гювсрхиосггшх структур, в частности с>15монсс.'тойкых ачсяок на поверхности крешшя, относятся требования дальнейшего повьглгшм уран? интеградаш я улучшения рабочих характеристик алсметхга гаггараяьчых екги.

ЬгЕгодери зягвгггяькому уветегкшта пугстаггетшегти традиционных и пэязямжта гтргепсаетялыЕО коеих методов исследоааиия поверхности в поатгдже годн ейкрукяко большее ражаобразнг пооерхнеепшх структур в дэухкшлпзкешжх егггзмгх квтзлл-п г-гупрсяо^шх и подучено болюсе количество исеих езгдеянй об етгетропиой и кристаллической структуре эпа систем. Плоды гпк иаетеяоз5!Д® сфог?:;"рсйгл11 основу рглп'.тпгя нового папрааяеякя в ф!пшгз поггржгостя -двумерного махеркаяозедгшет.

Од1ЕЯ!1 аз кссг.Бг жпргэлгтш лрумгряого материгяогедекия, к которому в пссяетгез вр«¿я грзямпитск гши5тгль!шй ютгерег, является песяздоват« процесса ссзивстгаД Зарудин дзух веществ па позсрхкости кргмшл. Результаты ггесксдов'.ншг погчрхноегпгкк фа? гга кремнии показывают, что на поверхности протекал* те кз процесса, >гк> к з ебьенв вещества: образуются различные гегесрхпосплы фгзы, с5ла;^1Э!!ще: хгригтернешкамн, подоб>тшш сбъсмшт Тек, например, ври естаксвгой щвдЯат двух от «тез на ' говгрхпост урскнш ебтрухшш • кет' тг^здеегаыв сгруетуры со свойства?,;*:, кчксадетЕ етджкгп Б СОКУ;: . грзхзомжтсгтшг Е?уиер1шс еоздкиеннл, твердые ргегеога, потеряясегеет евпан и сяягаове* и т.д. С другой стороны, нз}чегесз прспеесоз па ссжряпост при с&змюти>й адсорбции доух веществ способггсув* увд'Зшвгэ пзгзшаикя струкгурн и -свойств двухкомпонзиппос позгркясспшх фаз. '

. Что хзгагтея гракпжежгз золиста вопроса, то ггесь ехедует стегать обнаруженный в шеяегяев крема незкй эффект епшжкекя с' пг.мещыз инородного элемента, играющего роль "позерхностиого екпггагера". Такой

нетод згаггахсш! представляет значительный интерес доя создания сверхтонких сплошняк пленок с прошозвдешлш херакгерисгикаш!.

}} настоящее время больше« . число работ псоеящи» изучению поверхностных фаз в дауххоыпекекпшх системах БьАи, Б1-Ад и 5Мп. Однако публикации по исследованию поверхностях фаз о треххомпонеяпшх системах весьма ограничены. Предег&алялоеь, что при исследовании тргхкомтаненпоьи поверхностных фаз эпгс алшектоз Щ-Аи-Аз, Ш-Аз-ЬО может быть получен ряд результатов, ксгорьгй с одной строгш будет полезен идя шяиашшя оСщи; закгггомериосгей фер.'йкроаашга трй;ожя1Сцгиткых паьгралоепшх фаз, а с другой стороны позволят получать шфоршцвю о формировании кожретных поаерхноепшх фаа в иоеых системах,

явкаяось изучение механизма совместной адсорбции даух вгществ (Аи-Ад н Дз-1п) на поверхности кремния и исследование особенностей форкщроажго поверхностных фаз в трехшшонент-(шх системах 5>|(Ш)-(Аи,Аг) и 5ЦШ)-(аз,1п). Для этого необходашо било-

-Иесягщеватъ кгхаяшм совмкязшй адссрСдаш (Аи-Ае). и (Аз-Ь) на поверхности 51(111)-7х7 при ¡шш«гшой тстерагуре;

-Кссяедовгяь ссоСгшосш • фориирсваяля поверхностных фаз в трехкоыпоцигпшх сатгешх £1(Ш)-(Аа/1с) и £"(1И)-(Ав,Тп) в те^ыодиншшескя ргзновеенда условиях;

-Посгрошъ фзаоЕыг дшгргг.п£Ы для поьгрхяоегаых фаз б тргхзшшютшт-ных системах БК111)-(Аи,Аз) и !Ц(Ш)ЧА&1п).'

1. Впервые изучены и отделены условия формирования поверхностных фаз и построены двумерные фазовые дашраммы в трехкомпонентных системах

2, Б «:ст чах БИШНАиДз) к 51(111 )-(Аз,1п) показана возможность формирована трехкомпонентяых поверхностных структур различных типов:

коале двуиеркке соедгнгяпв, тггрдые ржсгесаы, ввоорбкрсвзяяые сяяггы и определены уагогня кх фориирсзаквя. ■

ûffîKSÏÏSSSSLIîKffiMà нсеяедсашнж состоят в угаубякши гемяизхян общих згкогюикркоетей фгрмфсзаняя павгркносшых фи пеггрхкссгнъгх фаз з треххонпоягтних системах 8[(111}-<Ан,Лз) н 5'(ШНДз»Ьг) к в построения ясумфинх фазовых яга зля стека*.

1.Сз2игсгагя адсорбция Аа и Ag ка nosepnrocra £I(lII)-7x7 яря комнатой тештератур« кз прпгодст к фсриятра'лгшю упорзготгннггх свд.:;ур. При суишрпом пскршкп мгпызз 1МС еюгвнгшж» от отер?д:гес«*1 осаяаеакт иегаяяоз щюдаходат равномерное згтгаейет погерхкосгн с офазсзаквгм плоских двумерных огпровзжа Ag. Посге пазпото зашшгекЕз hsjbüto иозгосгоя «томи Au штескгтт стоил Лз кз rsspsoro с«оя. По кгре увгжяЕШи: гагжестзз Au атомы Аз перехода s sspsmtü стай.

2. Осажввш» Ад яз поверхностную фазу Si(lll)V3-Aû. гян Si(Ul)¿xl-Au прк. комнатной тежкратур® пряаайкг х Евувсркйотекнай гдоор&ки с сбразоЕзш:?и двугиргкх пггдарсз Ag. ' П?а егжсаиии комоз Au ка. ttobípxhoctíiya фазу Ss(íll)'«f3-A3 гпвдк Ад ешссйкотся о верхний: «ей п гаешз Au между паетгетззй 'Л смзём Аз рагтгт пзатйт. Зтз vxxnmu. роста в ■корт:: ошжется от моаак розга Фаяьиара-ВвЗкра, гаяеет srrrreps-r/ пяепка Аа при кодпогоп'тшвер&гурв растет Ei' чшдай газгршзега Si(IlI) э гаде tpesMîpsîHK оггрошгга,

Пра оегалкзт srcs-тта Au ез гайфшоетнугэ фазу Si(llI)V3-A3 .кемштаоа текпергпурз'пря ггеершия Í/3MC<SA,,<0.6MC фс^чг&уэтса новая putee кегшеетягая шжгрятоежгя фззх !I>(iälrÖI)R10.90-(ÄEuAa).

3.Пра atsrae емгагаяяда шкеок Аи я Ад ra Eosspraecm £;(Ш) при темнерэтурз ÎS0-5SG3 С s згзквдшкгз от гаетдасго жожгоста- te к As формируются екдугащст лзукерньк структуры:

- Если Сда<0.11 (вди<1/ЗМС) образуется "твердый раствор" атомов Аи в сверхрЬшетке Б1(111)-Й-Аз.

- Если 0.И<С^,<0.2 (1/ЗМС<ЙДи<2/ЗМС) в зависимости от количества Аё образуется: а) суперпозиция поверхностных фаз Б1(Ш)5х1-Аи и ЗДШ^З-Аа при 0<САв<0.03 (0<йЛ<<]/7МС); б) суперпозиция поверхностных фаз в^Ш^З-Аи и 5;(111)%'3-Аа при С>3>0.03 (в^^МС), но ыеньше кршнчеекой концентрации серебра Сд/, при шторой начинается формирование поверхностной фазы а(11ГСЙЫ21)Ш0.9«>.(Аа^в). в) Поверхностная фаза й(Ш)(^21х\,21)К10.9°-(Аи^е), кош имеется заведомый шбшхж атомов серебра, т.е. Сд^> С^*. г) Поверхностная фазаБЦ! 11)бх&-(А11,А2)» когда Сдв>0.33 и Сд/..

4. При осаждении атомов Ае на шверкноепше фазы 5ЩИНЗ-1а 51{Ш)УЗЫа и 8Ц1И)4х1-1п при комнатной температуре происходит упорядоченная адсорбция с формированием поверхностных структур: Зх1-А@, т/Зх^З-Ав я (■Лх^7)Ш9,1°-Ла соогаетегаенно. Пр;г осагданни атомов 1а но поверхностные фрзэ 51{Ш)Зх1-А£ и 8ЦШ)т/3-Лз при комнатной температуре происходит разрушение "серебрянкой" фазы »¡результате вытеснения гггоиов Ав. которые собираются в трехмерные шосрокристалды.

3. При отите ¿¿стадных плёнок Гп-Аа (300-450°С) к зааисимссш от количества 1п формируются - пространственно разделенные домены поверхностных фаз 5:(111)4х1-1п в 81(111)"&-Ав (&1п< 1МС), псвгрхкостная фаза 11)(^7х^3)+4х1-1а и трехмерные »шч^^спишл Ае (ЬбМОб^ШС) или поверхностная фаза &(Ш)(1х1)1иО!Ча <0^ >1.5МС) и трехмерные микрокристаллы Ае и 1л.

обсуждались: на Первом Российско-Японском семинаре по поверхности аалупрсыютнхоа (Владивосток, 5-9 ссят&ра 1993 г.), Пятой международной конференщи! по структуре поверхности (КНР, Шанхай, 19-24 августа 1593г.), Первой Мс&ууазроднси конференции "Фшиха низкоразмерних систем-'

(Росскя, Черноголовка 21-25 ноября 1994 г.), на научны* семинарах унзверяггета г.Осеи! я университета г.Нагоя (Япония, Ш'г.)

Пуйтгщцпт. По материалам вгссертакяи ащИлихрято 7 работ, перечисленных в кош» автореферата.

Структура и ячссертзшта, Диссертационная ргбота состоит из

введения, четырех глаз, заключения и содержит 136 «ярения, включая 47 рисунхоз, 4 таблиц и стгега цэткрусмой литературы из 112 наямшовашА

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ¡студгепзд сформулирована цель работы к ее актуальность, поставлены задачи исследования, пзлогекн защищаемые положения, кратко описана струкурв дассертвдт

Прггёая лг-чрч носкг обзорный яц/истер й рвсгрывггг современное «¡стоянке пзложенккк з диссертации вопросов. В пгрзогл параграфе рассмотрело понятие когершсстной фазя..0шягвгюют оетоввые пркчинк формирования н характеристики таверхкоевол фг&Тесй« как п обьйетае, газерхносгаие фазы обладают обзйспши температурной в вЕщеттеппкппгЛ устойчивости, а также . определенной зяепронне.* п чхкталлтптеггой структурой. Сд«яш вывод о том, что псследомшй формирования таерзксспгых фаз в настолдег гг.емгт может .бздь охграэтгрязогагга гше сгзгогядаошхов • каучяов дагзнтшшв ■ фязшеи твердого тела -дауи^ркоз мягерйаязввкш», сепоаясй эдагсЛ тоторего является . поясх сбашх захопомгряоеий а мтает*»!® фбрмзрвэазвз шзеряпгеттшх фаз, опреогкзяпа гзс крвггеявкесгэа н гетярежгсЯ струвзурн, нзучвкгга свойств и роля в повершоепшх продессг« я та В сладгагкаж трех пгрыргфзя рассмотрены повгрлюсгшй . фгзк, •' фегетдавщкгса' в . деухжошкнккгнкх системах $<(Ш)-Аг, &(Ш>-Аи к 3{(Ш)-!п. Описыгзотся условия получения, возмежнка стругяуршо модави я сасйстза соэерхкостяызг фаз в эта? системах Отмечается, что нехешташ роста су&яюееяеЗтос 'пленок Аз, Аы и 1п ка повсряност 81(111) при тшгтаой температура существенно различаются. Так

npu ооашакни етхшоа Ag на поверхность едшжжн образуется неупорядоченный слой, с катером елш As адсор€прукгшг прсшБазьины обрззшл. При этом часть 'еюшя вбьев&азстав в дауыгреыг' хшхеры, mimaeims плоскими сстре&зш^гв, тадгщнней в 1-2 вшииьа сяод. Роет двумерных кластеров (или пдгкжкх остражов) A3 происходат к при субш:аос!ЮЙньи шщршняя. В то же граня, при ссзззшшш кгонов аа на аогергнестъ Si(lli) дзи ео1шяшой температуре формируются ■ вгу5ао(яночбшаг8 сокржюстзше фьзы, соотво^тв^югавс по сасш^ повергзослши фазш, ф^шрукшщмея в терма. лагмж&хя рлшавоашх ушздшк. A oacsssass йюаав la на гюмрхносп.

при квштятипй температуре щшждаг ^зы, ш

сосгазу с поверхностной фаза 1!)(Ш}&30Мя, во в которой отсутствует яаяьний парадиз UasdjxEnssics воойщриюсть учета sua ссобснЕостсй щит шучешга ссзмгсгаой адкфбют Ан-Ав к Ag-In ш шигрхности Si(lll) при кокаатиайтгмЕерзтуре,

В пятом параграфе обгуадасгея фпрмнроаднив псеераноепшх фаз при свшесте& дауз зашк|тав в* крешаи. Нзсшпря на большое

количество работ, пояищзкши нзучгшш- ЯБугкпзшшгншых - систем На крешзш, данные о трезхшшшетахых систем кй кремния вссша ограниченны. Заверяшит пергою паву шрдпм. в котарнх говоратся об ектуйльносги шыеядашгя процесса «шкеше! 'гдарбцав двух адшеатез ш поверхности крешшя/в частности, с гг.яыг. вауаака возшаыосш каправяснного изменению сесДстб гашерсшосгакх фаз в шадсагасстз осуществления субомонесяойнай зщггазкда.

Во агорой ггезе ссдЕгиапаа отсаята ижаш>зумшх в работе методов нссаедоашня процессов на шжерхвоств твердых тсд, экспериментального эборудогзннз и ыетодазс кяасдовакна.

Пр-»£вгдгяо краткое отшагаю физических основ методов зяегарсаной оже-спехзроехошш (ЭОС), дш^шаши кедзмпшх эдсюрснсг (ДМЗ), сдаазроскопин хгуактсряепгческ х пеге, ь змергаи алсетроиаю! (ХПЭ), которые позволяют шяучоть даннке о хиышгежем сосяаге и кристаллической структуре

поверхкоспщх стопных сяосв. Метод ЭОС хкшсдяет опредеяшъ концентрацию атомоз на поверхности падшая и дает информация» о химическом состава позерхностной фазы, следить га процессом очистки образца, обеспечивая контролируемые и восяроязвоягвше условия эксперимента. ДМЭ обеспечивает информация об атомной структуре поверхностных фаз и является однин кз эффективных методов для изучения двумерных структур на погершоста монокристадаггетсой подножки, формирующихся в результате её реконструкции при осаждении субионосяойных покрыпгЯ. Метод ХПЭ позволяет характеризовать фазовый состав и плотность плазмы вагекпшх электронов. Объединение в одной установке указанных шаге взаимно допоянясьшх методе*!, позволяет проводить кояплексные иосясдошшш in ritu в условиях сверхвысокого шгкуума и хает возможность получзпЬ батм тайные сведения о структуре и свойствах поверхностных фаз, а тага о процессах, ггротскаюпщх на поверхности твердого тала.

Эксперименты прозсджшсь a усябшиос сверхвысокого вакуума на установке LAS-600 фнрмы "RISER" (базовое давление 1 ДО*10 Тор.), оензщеннной системой ДМЭ, сналязэтором энергии злектроиоз с тгошзрпчесхнм зеркалом, прецкзиоккым «анипулятером дня перемещения образца, системой отестки образца. В качестве подаешкп использовались образцы liCHospncrajunreeckoro кремния размером 15*5x0,Змм3, кггерыэ вырезались кз стандартных майб КЗФ-7.5 с ориентацией <111), пргменжеках в пролшпленкосга. Перед згтрузхой а глгууиную кздеру пвдкгаэт Si тагвгеяько очпдалксь по стандартной процедуре, которая включает хтлгческук» счисгкуа зтнлогон спирте н тешуояе. После хижяескоИ оте-жи образцы зггрёшяжЕ» в сьгмнзгг держателе. Специально разработан гая кетруязвя ггтргатает позволяла метгаь образцы: а камере через щтгозоаое устройство и осущеешзта резксгавныЙ нагргз oSpasita как постошкшм так и переменным тсксм. Когйроя» температуры осуществлялся по ве-игсгаз юта. Калибровка гтроизэодняссь с псуощыо яркостнсго пирометра и четарехзондазыи методой по удельному сопротивлению подножки. Для получения атомарйо-чнегой поверхности Si(UI)-7x7 осуществлялся отаекг при

тешкратуре 1250"С б течение 10-20 секунд с посдедуккцей ввдзржхой при температуре 850°С в течение 5-Юв.шн. Состояние поверхности ко!прслкроааяоеь методами ЭОС и ДМЗ.

При исследовании процессов совместной адсорбции двух веществ Ag и Аи (или Ag и In), алеменш осаждались на поверхность образца Si(lU) последовательно путем термического испареюш кз вольфрамовых корзинок. Скорость осаждения выбирались обычна 0.5 и 1МС шпг1 (за одни моносаой. ыеталы (МС) принимается вадпчшт, ратная числу otigmos Si иа поверхности (111)-'?.8 Ю'^исм esa"2), В отдошшх гдакркменгаг шиялась поелгдоааталь-ность осаэд«шк, & также Есагвковшаюь случал, кода откиг осущасшгаяся в проыажупсе ыезду капшекгам, б второй ачемеят кгяыдшюя' к» поверхность предварительно сформированной тз^хносшсй фазы. Дяя контроля процессог», происходящих на позеряносга после кездега осетдеишс, а'такке после стжига регистрироваязня» Сйе-шезарн и картины ДМЗ. Величина степени покрытия каждого из атеистов б^ вд„ и 6ja определялась по данным ОЭС. С этой цеяью из соотношеши. амззоапудн Ожс-пкксв Au(KVV) 69эВ, Ag (MNN) 351эВ In (MNN) 404 аВ и .Si (LW) 92зВ штодэн. когффишккгев . аягмешной чувсп1шгея1110сш расшггшажсь доагр;;пссижя адашя концентрация алгмеятез Сд£ Сдц и Cfe. Свазь' дааду вегитаной степей ¿ойртвя и ноягрхносгаой кслцгшрщигй нахедкззег кэ гаспгркигнтзлыш?: дааяш" дая каддой из повериихгпщх фез к соязгэявукшои iíaí ¿деаггкыя моделышх предстгаятотик в ¿a.'ffio.' í KOiKpcniOM случае. • ■

В ггетъей пгте-з ■ . пргдетаалены результата З1сспер;шгги-аш.-н0го исгледаоалия формирование поверхностных фаз в тргхко?,шонапяой система Si(l 1 l)-(Au/»£), пршждено сеесщиз кехаяязма сошгепхсй адсорбции Аи к Аз п& поверхности Sí(lil), ках при иоькстаай тсшкрдтурв •, так и при оглште подмшсй, а' также охфс^агенн усясшя формирования треидыпоиштшх поверхностных «Jes, форьофуюидкСя в дшшой системе.

В пгрве;. разделе иредогйагехш рбзуягяеш, хюлучгншге при комнатной температуре. На основа зхспсримешашзкх .дгтшх, предложен следующий

мехгкизм cgshccthoíí здкорбщга Au н A3 на поверхности Si(lii). При суммарном покрытия 0^+0^<l.VlC ятомм напыляемого вторым элемента превдг всего аашшагот свободные г.сггтз длсорбщпт па поверхности кремния. Происходит равномерное заполнение поверхности атомами обоих аугментов, нгзгаггаию от порлдка its капылеш'.ч. Когда поверхность полностью заполнена (0дл+0^>1МС), при осаадгни! Аз кг поверхность Si(lll) с нредазрит&кшо напыленным сло:м Au, атомн Ад в верхнем слог собирается в двумерные пяоехиз острогзси, как при jос осаждении на utciyio поверхность Si(lll) при ксашсткой температуре. Одпагга в еяуггг, кода атомы Аа осалгзлпсь вслед аз ссаэдгяпем Аз, после подлого г апатий нш: пгрзога наносдия, ктомы Au Еытгскгаот ■ атомы Ag из первого слоя. По шгрг уклвченет кслкестга Аи песгепегпЕЛ ьсе'-ктомы Ag переходят а вгрхяый слой. Эти же процессы реализуются с егмого качала ссгжяешгя Cfpsópu, если пэглрхность п дяонгн била полностью покрыта атомами зачота.

Показдпо, что при ссаз^кежш атешв Au га предварительно сформированные позеотиостшле фазы 51(Ш}-Й-Аз я Si(!Il)3xI-Ag, á также при ссивдении атомов Ag на Si(lll)5xl-Au, Si(lll)V3-/u н Si(lll)6x6-Au при комнатной темперт^-рз» кехапкгмы co2uscnioS .-адсор&дна Au я Ag на поверхности Slflil) ке оЕлнжкатачгуцесш&шэ от етугаев когда атомы Au и As последаэятедыю озаадалясь на яеогезякнуга подземку.

О&трузгея разтггаый ккакш сезжслгай' вдго?бцш1 яря. осалдепии Ag на пегершехтау» фазу Ш{ШНЗ-Аа п^пря ocaaexirnt Аа па Si{Sll)V3-Ag при комнатной twsnjparyps. В ш&гзи esjnas пржежогг нгрегжкяргае 'покрытие поверхности ¿томами Аз с сСраэсвгнэтм тассии дзуиерных ociposxoa серебра. Во-вявроа саучав {np;t осажглоти A») сяей'А® вк Си- гсшшзает над

atoe» Au. Пшгха Au кежду вэдаишкй is «sees* As растет ааеаоЯш Этот мгодешям роста в корке остается от модйдн роста Фаяшерг-Вебера, согласно которому пленка Asi при комнатной температуре растет па чистой поверхности Si(Ill) в виде трехмерных островша. Тгхоз погадекяв атомез Au к Ag при

совместной адсорбции, позволяет утверждать, что атомы Ag присутствующие на поверхности подложки Si(lll) играют роль "поверхностного активатора", который способствует послойному росту залога на поверхности Si(lH) при комнатной температуре.

Во втором разделе представлены результаты экспериментальных исследований, полученные при отжиге подложки. На ркс.1 щяпкдена фазовая диаграмма формирования поверхностных фаз в трехкомпэненткой системе Si(lll; -(AMg), построенная ш основе данных ЭОС и ДМЭ. Здесь суммированы осиор-ще результаты экспериментов, показаны облает существования различных поверхностных фаз, которые реаяшухггея в результате отжига пленок с различным количественным соотношением атомов Ли и А@. Отечается, что формирующиеся в итоге поверхностные структуры не зависят or последовательности напыления элементов,а определяются только поверхностной концентрацией элементов до отжиги. Изменение температуры огсжига в пределах 350-650°С не оказывает существенного влияния на поагдение системы, также, как и увеличение времени отжига.

Установлено, что существуют две концентрационные области, (на рис.1, граница этих областей показана в вида отрезков двух прямых с разным наклоном - прямая I к прямая П), * которых поведение совместно адсорбированных пленок Au-Ag при отжиге существенно различно. Во всей области слсва от границы исходное значение поверхностной концентрации атомов золота (Сдд ) и сеогбра (Сдд ) остается бсЗ изменения при отжиге. Иначе ведет себя при отжиге пленка, состоящая ш скссиьтсыов Аи и Ag, если исходные значения Сдц и С^ попадают в область правее указанной выше границы. Есжя исходное количество Аи не превышает 1МС, то в результате ицциа значение Сдц практически не изменяется, -а величина Сд^ независимо от первоначального значения, уменьшается до Сдд*, где Сд,* точка, лежащая на границе областей при данном значении Сдц (когда Сд„ < то это прямая Í, в когда Сдц > , это прямая II). Если же до отж' гя котг естм Аи больше. чем 1МС, то в результате отжига Сдц

-и-

твкже как н Сд^, умвнкпсется ко некоторого значения Сди*, лежащего на пршой II.

В том случае, когда после отжига значения Сди и С^ леясат на прямей I, яайягодаемая тртюш ДМЭ соответствует только поверхностной .фазе Й1(П О^З-А^. Когда хс Сдц н Су.а ожзывгютсп на прямой II, наблюдается суперпозиция кгртпн от позгрхгюспгых фаз к 5((1П)У21-(Аи,Лд).

Символом 81(Ш)>'21-(Аи,Аз) обозначим поверхностную фазу, которая дает

Пшигкзглтза «ет!48С1р!яая Да (0«)> «имя.

Ркв.1. Ксэдлгнаа йзеяок с ргшзпяым кавпегтвглисл соотнвл-яшем атемез Аа и Аз аз пскрсюгть $1(И1)-7х7 прн отжига 1 - пенгркгоептя готпгаярзвчя егшаэ да спите;. 2 - посла спгкга; З-гонцентредия момоз поеле отазяа из шыенестся.

днфракциоикую кп;пш1у (ч*2 IxV21> П.10.90 .

Для лучшего понимания процессов формирования поверхностных фаз » трежоыпснеягной системе Sí{111)-(Au,As), обсуждение полезло проводить дал случаев: а) САи< § и 6) Сдц >

Если количества зашли Сдц в сИщс'Л cazan аземоа, натшхтнш ш поверхность Si, r.cmvs »гемн Аа (вра уяюэт'ршюисрйога распределении по поверхности) ив взакодхейтпууто; в доеттотаой стсгпип ыс^зду собой и не о5разу;ат упорядоченных сцухгур. В згоы случпс, оелл йсяшсство серебра больше 1МС прл сщкге Koziructso атзиоз Ал сдастся нензшшо, а количество атома» ¿з » фаз® эааяекг .от того, сколько Ли предварительно нансссно ¡ai поверхность, причем таз, сто сумкериея 'кеыцгитра?е:я Caü+C¿,--0.20 (прямая 1 на рпс.1). Это спвдгтшстоуст о тол, чса все атомы Аи, находящиеся на поверхности по»яск, то при огазгге сстрйкьаатйя в решетку поверхностной фаза 8({Ш)т/3-Аз, а б трггбк-ржлг осхрсшз coSi:pa¿oxca толки ьтсмы Ag езбглгочпые по отисалгниш к фазе. Ткзш образом %ишю предполехшъ» что в дзняоы сяучаг "'формируется .надо тдожзшгонетшя помрхносшая фаза. Если бы в формирекцшя э®ой фезы уч-isísoisaE» ти&хо атомы Аз, a атомы Аи еаходиянсь в соспшдга • &л&зр$ц:ш .та фаза, тогда, ври избитее Ад

(0д3>1 ЫС) в ргсу.'атехз ©шага кьЗлдовийя кжяедоренш Сд^ ©скаалось бы посгояииой при любой шотглм Аи к саепшша 0.20 (Э-^ШС). Однако, i к видно кз рнс.1, ксгЕжгтза aspac» Ag 5Са2аст.»и«кш.ир,- чгойд оставалась посто.ишой суммарная шасшраойя С^-Ю/у- СДО. С другой сторон», если бы па поссрхпости соср^еспйгсза а мзде огвгдашх дамепоа фаза Я{Ш)т/3-Аз и S¡(lliW3-Au, то с увшхздшвад кшгжетаа атоиои А» увеличивалась бы доля 'поверхности» занята: •• фазой Si(ílL)V3-Asi. Тк .-кек с5 плотность выше (поверхность поотосшо покрыто фазой Е>{151)Л/3-Аи при Сдц" 0.33), то монотонно возрастай би и суммарная поигржоегагя концентрмеш Сди+Саз (гипотетическая пракая III). По дагмткм ДМЗ тзхепхз с кокцетраюшми Сди+Сд^ , согпБЗТствующш! точкам на прямой I, имеет структуру,, характерную

дая ¡»¡(ШуЛ-Аз фаги. Вез зто свидетельствует о то^к, что в дзном сдучсе форггаруггся пов-грч-носппя ф.-ш псэсго типа, прсдсгагжяодая деуыеркый "тверды;" рзстэор", в которой ато;ш Ли замещают атомы Аз э етерхрешетке (^/3 х^З)Ю0° . Чтобы подчеркнуть последнее, введено обозначение для этой фазы 5КШНЗ-Аг(Ля).

Когда значения концентрации золота и серебра соответствуют области Сац< п Сац+Са8<0.20, в результате отжига такхе формируется фаза 5).(Ш)"*/3-Ар(Аи), но она псярывает только часть поверхпости. Оставшуюся свободней поверяло«* грсмния можно скгггта чистой или покрыта И двумёр:пжг тагом :п кгошв золота я ссребра, но со столь низкой 5сояц51ГЕрзтакй, что свхршяа4т структура Ы(Ш)-7х7. В этой области на ДМЭ картине как раз наблюдается суперпозиция структур (7x7) н (^Зхл/3)Ш0° .

В то» случае, когда кепагнтракнг атомэз золота Са«"=2;> среднее расстояние между атомами золота достигает некоторого критического значения, при котором ш позс&епии системы начинает заметка сказываться их взаимодействие кехяу собой. Предпочтительным стмюзнтся ухе формировашге двумерных структур, свойственных системе Ерешпй-затого.

Если при С/л «I* посл:доглтелыю уЕбкетнгкть количество серебра, на волю золота будет приходиться в-се кгныпгя площадь. Атомы Ли будут фершфсвзть в двумерные структуры, посяздовзгеш«» проходя все этапы, как зто происходит крч фгскшрозанавй плогдадя, ■ ко увеличивающейся концентр ш:ш. В результате все атешг золота образуются в структуру Аи. Платность ее выше, чем плотность структуры 5£(Ш)-Й-А§, Поэтому сунмзриаа пякаадь, занятая обеими структурами, будет меньше той, что зйшшал Сы "твердый растзор" 51(Ш)^3-А8(Аи) щ>я тех же значениях концентраций С^ и С^.- Появляется дозиясгость для допешшгтелького резмежешиз атомов серебра, досгрзизаюздкх структуру 51{П1)л/3-Аз, пека вся пс-рерхкестъ не будет заполнена. Идонко поэтому на ркс.1 при Сда** 5 наблюдается сяачог С/.» при пгре^оде от прямой I -к прямой II.

Когда атомов золота и «ребра достаточно дая того, чтобы вся поверхность была покрыта доменами nosepsuocmux фаз Si(lIlW3-Áu и Si(lll)V3-Ag, можно было бы ожидать, что все дополнительное серебро собиралось бы в трехмерные микрокрнетадды. При этом суммарная концентрация золота и серебра Сдц+С/^ соответствовала бы точкам, лежащим на гншяккэдехой прямой III. Однако, как следует го экспериментальных данных на ргг 1, эти точки ложатся на прямую IL Xшш образом, обнаруживается, что кжидому значению Сдц в интервале от £ до 0.33 ссогьгтстьуст некоторое избыточное количество серебра ДСад, равное разности абсцисс точек на Прямых II и III. Эта разность тем болъшг, чем выше значение С/ш . С другой стороны, именно при Kcisjempainiss, попадающее в ойяясгь йиаграъа,ш между прямыми И и III, т&зодасгея дифракционная картина (V21xV21)Rlß.9s . Можно предположить, что ест на поверхности имеется достаточное количество серебра, то некоторая его часть (ДСдз), вместе со Bße&s имеющимся в наличии золотом образует структуру Si(lll)y2l-(Ag,Au). Плотность атомов золота в згой структуре та же, что н в Si(Hl)V3-Au, а образуется- ока путем упорядоченного встратшания атомов Ag в стругсгуру Si(ltl)V3-Au. Формируется ках бы сверхрешетка (V7xV7)R19.I0 сверярешетки (V3 xV3)R30° •. Доля ntíaepxisocni, занятая Si(Ill)V21-(Au,A£) фазой, определяется исходным количеством золото н укяичиваетси' с ростом Сда . Осгёзшаяся часть поверхности приходится на долю Si(lll)V3-As. Все избыгочноз по опюшению к этим двум структурам серебро собирается в михрохрнсгаллы.,

Изаесшо, что структура SÍ(111)V3-Aju ио^фыьает прверхиоегь полностью при Сдци 0.33. Если атомы серебра находятся в состоянии адсорбции на фаде,.,при этом же значении Сдц поверхность должна быть полностью покрыта структурой Si(lll)V21-(Aii,Ag). Следовательно, значение Сдд в точке на прямой II при Сао"» 0.33 ссотьетствует стсхиометрччсскому составу этой нооой совместна попер .костной фазы.

-и-

Когда Сди>0.33 на поверхности 5<(Ш) кроме поверхностных фаз 81(111)'/21-(АиДв) и 111 )^3-Аи возникают н разрастается с увеличением Сд„ зародыши фазы 21(111)бхб-Аи.

Таким образом, если на поверхности 81(111) при совместном ссаздегаш атомов Аи н Ад имеется заведомый цз5ытох атомов серебра (Caj.XJ.20 нлн 9Лг>2/ЗМС), возможно форлшрование двух типов трехкомпоненпшх поверхностных структур. В том случае, когда Сдц<0.11 образуется твердый раствор атомов Аи в сверхрешетке БКШНЗ-Ад, а когда Сдд >0.11 -структура

В четвертом разделе представлены результаты кссявдсЕаккя поверхностной фазы ЗКШ)(ч'2Ь;%|21)Ра0.&о -(ЛаАг)- Отмечается, что дмга?л фаза формируется при разных условиях а), при последовательном осаддгшш ятскоз Ли п А§ на чистую поверхность ЗК111)-7х7 при комнатной темпгрэтуре п яошяугеквм отжкге (350-55С°С), б) при осаждении Ад на поверхностную фазу ЗЦШ^З-Аи (или 2!(111)5х1-Аи) црн комнатой температуре л Екяецукаяеи сскиго (330550 СС); в) при осаащиши Ли на поссрхностную фазу 21(Ш)\'3-Аг (Ш(111)3х1-А8 или 5г(Ш)6х1-Аз) при комнатной температуре и последующей апгиге (350-550°С); в), при осаждении Аи на поверхностную фазу Б^ШУЛ-Аз при комнатной температуре. Показано, что позгрхкосгаая (раза ЗгОЛ^НАиДз), получаемая при отетте формируется в широком диапазона покрытой Аи (1/ЗМС<0ди<ШС) п не зависит от порядка с-салдеши. Однако для ее формирования необходимо, чтобы 0/а1 >1/ЗМС и холвдесгзо атомоа Ад было в избытке' (область "в" на рис.1). В отличне от этого, поверхностная фаза Щ 111)ч*21 -(Аи,А?), формируемая при осаждении Аи на ф-ц'у о!(111)^3-Аз при комнатной температуре, во-персых, существует в сравнительно узком интервале похрытип Ли (1/ЗМС< елц<1/2МС), во-вторых, формируется нехлючикльно при осаждении атомоа Ли на поверхностную фазу 8:(И1)л/3-А.я. Осаждение атомся А§ на поверхностную фазу 81(111 )ч/3-Аи не пржод;гг к фор^чроьакик} этой или клхзи-^нбо других упорядоченных структур.

На основе даквых ЗОС и ДМЭ было устанокншо, что в сбо:к случаях," . как при формировании поверхностной фазы £1(1П)^21-(Аи,Аз) при отжиге, так и сс формировании при осавдешш Аи на фазу ВЦШНЗ-Ад при комнатной температуре, эта фаз» БКШ)>/21-(Аи,Ав) поваляется, когда концентрация золота достигает значения 0.11 (Эди >1/ЗМС). Таккн сСразом, эта концентрация по аналогии с обьвикым веществом еех бы характеризует "предельную растворимость" атомов золота в "твердом растворе" 81(Ш)1/3-А(5(А1!), при превышении которой станошгаж существенным взаймодейстаке между атомами Аи-Аи, В результате этою егомы Аи тчкшдат формироваться в упорядоченную структуру, энергетически наиболее выгодную при данных условиях, -в поверхностную фазу Ь'1( 111)1 -(Аи /.3).

Что касается формирования шьгрхносгаой фазы 81(Ш)У21-(Аи,Аг) при комнаткой температуре, то анализ дожых ЭОС, ДМЗ и Х11Э позволяет предпшкшпь сдедукиций мгхакнзм. При осаждении атомов Аи на поверхностную фазу З^Ш^/З-Аз происходит замещение агомоа А® атомами Аи н вытеснение № в вгрхннй сдой. Кода концентрации залога становится больше Саи^О.П ,' атомы - Аи приобретут возможность формировать собственную упорядоченную структуру, знфгстшееки наиболее выгодную в данной случае, т. с. поверхностную фазу .81(Ш)^21-(Ли,А§)- Она представляет собой фазу 5КШ)л/3-Аа, в редгепх которой упорядочение встроены атомы Аг с П4риод!!ч.1йсгыо ^21x^21, как: и ь случае ее формирования при <ижигс. С увеличением количества Аи увгл;сс&лется область, занимаемая поверхностной фазой 5;(Ш)т/21-(Аи»Л2). Ш&шдаеыое ослабление шпенапкосга саерхрефяексоз •■¡21хуй1 на кгрпис ДМЭ и га постепенное исчезновение при дальнейшем уьгяиченни' пзкрнпш Аи , по-ьетшому, связано с тем, что атоиы вытесняемые в верхние слои начинает экранировать аго^ш яо&срхностной фазы $!(Ш)>/2НАи,АЕ) в нихелездщем слое.

Таким образом, результат ЗОС, ДМЭ и ХПЭ показывают, что поверхностные решетки (1 1) Л10.9°-(Аи Д2), которые формируется з двух

рааяичких етучаях-яри комнатной течверозд» и при отжиге, представляют собой одау и ту фазу. На оскозе данных 3ÛC и ДМЭ 5мда предложена одна из возмогши моделей «ташей структуры.

2й2гй1?&л23ий-досзящепа иссяедозшп» сознсспгой пдеорбшл тзкия и ■ серебра ка шзсрхности Si(lîl), как при комнаткой температуре, тек и при последующем еттагге.

При нгчпсдсжггелыгся acaii^ssîîïï атомов A3 п bi иа поверхность Si(III) при хомкг.тной температуре, по дасвш ДМЭ в- нткрехеи дтлззоиг изменили концгтрашй образозенив упорядочениях егрузвур кг сбкгруязгвзлось. Как ггсякядгг ■ данные ЗОС, мезшдозм ггшмиявя пег-еа^рсти гфемкия ■ здеорбчзоашшнии атеиагш в з&згязэдозш cr осдозп напидеяия эягмгагоа сутцесгегкно ряглкчгн.

Похшио,- «по при ссаждсннн атоиоз A3 ш вс?ир»кхяь • 5г(Ш)-7я7 прн кешшпой -тешкршуре с5р-луются тоски? даунгрпко еяровхп Ag, прегтрапегго ксхау которыми згпазяетш еткякм <*з а гтогорасм состоянии, яипдтздке: з рав.нсвсс;и с лзртеэт ссфсггзгга. .Если поверхность из полис«*.© покрыта атома>ш A3, то пря псаяду&гцт оггядгпш ¿томи In сначала эаш&шп места на чистой ссгсртсста ярг.ташя, с?.с£ол?к.а от атомов Аг, образуя домгяы иеупорядэтвшгей фагиДчзжккЗ по саскау £i(l!I)(lxi)R30°-!a. Ксгда имгишк® иш m поверхности • пстерпгягэкнет, тступзк«ц»»е ято'ш la вгчякггзг ешссият:, eiciijj Аз, тхг-.кяшикск з гтемариом сгсгояная, котсрыз в результата сотвсзвккя ькяут пр«еоеднн;ягс:т к ранеа сСрггэгмвшм дзуагрным кггаягргм кла об?5гогагг.£й» соли». Зго приводит к умсыкнгтг^ С/а до' зшлешге С/,'-\ Зто предетакоз жданнз С а/' соответствует ■поверхностной; концентрации серзбра в дпугярвзк юастершс. Оно составляет фпхеврсясшгуто Ееяячяну для данного гокфкпп /43 п прямо зависит от перзешташю напыленного на поверхность Ei(lli) колггкетаа серебра. А величина Q-,*, соответствует тссидгнгркзпи атомез ïn m. свободной от кластеров серебра ncr.çpxHocm кремния.

Когда на псзфхноггь подложки &(Ш) перзопачалшо осадсдаготся атоий . 1п, то формируются домскы неупорядоченной фазы Б1(И1)(1х1)Ю0')-1п. Доля поверхности, которую занимает данная фаза зависит от количества осажденного индия. Евяи поверхность не полностью покрыта доменами згой фазы ((^<0.55), то при последующее осаидг/гии Ag поступающие на свободной участки поверхности подложки атомы Аз ведут себя так же, как н на чистой Б1(111)-7х7, т.е. тостйгшшо заполняют ее и одновременно формируют двумерные кластеры. Атомы Аз, осажденные на домены фазы Б1(111)(1х1)К30°-1п, собираются в трехмерные островки серебра. Когда поверхность полностью покрыта фазой 81(Ш)(1х1)Ю0°-Ь1 (С1а>0.55)., то растут только трехмерные островки серебра.

На каждом этапа осаждения элементов при комнатой температуре, по данный ДМЭ, никаких упорядоченных структур не возникает. Наблюдается увеличение фона с постепенным исчезновением рефлексов 7x7 при суммарных покрытиях 0а5+0|пш1-1.5МС и уменьшение интенсивности основных рефлексов 5х(Ш). Когда степень покрытия Аз ^достигает 7-10МС появляются размытые рефлексы свидетельствующие о начале формировании гпитаксиальных

слоев серебра.

При напылении 1а на гфедварзпгяьно сформированную поверхностную фазу при комнатной температуре с увгдхгшз-ек количества

напыляемого нндак увеетшшается фон П ДМЭ картина (•»/3хл/3)11300 сохраняется да тех пор, поет в с:хе-спеклрз не исчезнет схе-пих А§. Это происходит при величине шйфшяя нвдня около 2МС По данным ДМЭ, друше' упорядоченные структуры при згой кг формируются.

Данные ЭОС показывают, что при ©спадении индим на поверхностную фаау в^ШКЗ-Аз, если поверхность на полностью покрыта (€^<0.2 или 0/чг<2/ЗМС), ка начальном этапе происходит заполнение свободной поверхности. Когда этот процесс заьершагтек, атомы шиза замевдцот атомы Серебра в первом слое, вытесняя последние & верхний Слой. Вытесненные таким образом атомы Аз собираются б трехмерные островки. Это сопровождается постепенным

уменьшением оже-сишаяа Аз одновременно с ослаблением интенсивности рефлексов ^Зх-Й на ДМЭ картине, и наконец происходит 1« полное погасание с исчезновением оже-пика Ав в Оже-спектре. Этот процесс дается до тех пор, пека вся поверхность не будет покрыта неупорядоченной фазой 11)(1х1>Ю0°-1п-После этого избыточные по отношению к фазе атомы 1п, также собираются в трехмерные шжрокрисгаллы. Поверхностная концентрация Си, при этом соответствует фазе 81(111)(1х1)Ю0°-Ьг. Таким образом, результаты охс-измереиий дотаянительш» подтверждают предположение о том, что 1п на поверхности £1(111) при комнатной температуре образует неупорядоченную фазу, близкую по составу к 8Ц111)(1х1)1Шэ-1ш

При осаждении на поверхность 51(111)-7х7 атомоз 1п при комнаткой температуре и последующем отжиге при температуре 450°С в зависимости ог концентрации формируются поверхностные фазы 51(111)>/3-Гп при С^О.ОЗ-О.ОР (6in-0.l-0.35MC), 51(111Н31-Ьт при Сь«=0.09-0.15 (в,п«0.35-0.6МС), 5!(111)4х1-1п при С[п-=0.15-0.25 (91п-0.б-1МО, &(И1)0/7х^З)+4х1-1п, при Сщ«0.25-0.35 (е^ЫЛМС) я при С1П=0.35-0.55 п выше (%а=1.4-2МС и выше) 8К111)(1х1)Ю0°-1п. Когда на эта поверхностные фазы последовательно осаждались атомы Аз, в зависимости от типа исходной фаза индия, обнаруживается формирование разнообразных соодеспшх поверхностных структур, представленных в таблице 1.

Из данных, приведенные в таблице 1 видно, что формирование совместных упорядоченных струзсгур наблюдается только на поверхностных фазах индия, формирующихся при субконосиойных покрытиях. Когда исходное количество «1п составляет больше 1МС, т.е. когда на поверхности 31(Ш) Сформирована поверхностная фаза 81(Ш)(1х1)Н30°-!п, по данным ДМЭ, формирование каких либо упорядоченных структур не происходит. Исходная структура (1х1)Ю0°-1п сохраняется неизменной при напылешш А& вплоть до несколько десятков монослоев.

Таблице 1.

| 0<0д,<0.5 ! 0.5МС<вАс<1МС I 1МС<0Аа<2МС

8КШ)л/3-1п <л/3 хл/3>

8КШ)л/31-1п (л/3 хл/З)

й(111)4х1-1п 4x1

(^3 х^3)+3х1 (л/3 х\3)+3х1

(%/3 х>'3)+4л1 (л/3 х^3)+4х1

<л/7х^/7)+4х1 (^7х^7)+4я1

Й1(1П)(1х1)[130°-1п (1х1)К30°

(1х1)К30° (Ь:1)Я30°

Таким образом, поверхностная фаза 8Ц111)(1х1)Ю0°-1п действуют 121.« пассивирующий слой. Атомк Ас при их осаждении на эту фазу ведет себя также как "надфазные" атомы 1а. Как сяедствиг, при комнатной температуре атомы До, как и атомы 1п, избыточные по отношению к фазе 3>(Ш)(1х1)И30°-1п, собираются в трехмерные мкхрохриеталлы.

Структуры, которые возникают при осаздении ' атомов Ад на субмонослойные поверхностна фазы шдяя при комнатной температуре, по-видимому, формируются в результате упорядоченной адсорбции ка соответствующих двумерных индиевых решетках. Что касается механизма их формирования, оно определяется особенностью взаимодействия между атомами 1а к Аз, а их разнообразна - наличием разной геометрии яскальшлх связей атомов 1п в ражих поверхностных фйзах. индия на

Фор.ч;грук>щиеся в результате отжига поаерхноепшз фазы, соответствующие термодинамически равновесному состоянию, зависят от соотношения количества ищи и серебра до отжига и отноегггельной стабильности поверхностных фаз, которые формируются в дзухкомпокекяшх системах 81(Ш)-Ад п $!(Ш)-1п. На рнс. 2 представлена фазовая диаграмма поверхноепшх фаз в системе Е;(ШМАд,1л), построенная но осяозе экспериментальных данных ЭОС и ДМЭ.

Поверхностгая ккядеятряция 1л» сгга.ед.

У } 10

12 I

1 -1— ,, 1 —1 .У' 1 1 1 ..

V. (4х|)-1й ЧД и Ю островки Аз <Ш)ЮО°-1ин ОхЦЯЗЛЬи«.; ЗОащовхвЛз ЗОострянм Адг11и к-*-гс--1--

<

Юл | В

I §

(•0-1 Я

I

3

е.

Я

а

Покрыли 1п, МС

Рис.2. Фазовая диаграмма «кпекы ¡1)-{Лг,!п) при температуре 450°С.

Еети количество атомов индия меньше монослоя (С1а<0.25), в результате стхигз смешшпшх пленок Аа-1п при температурах (300-450°С) наблюдается суперпозиции картам ДМЗ: (-/Зхл/Э)КЗО° и (4x1). Происходит фор.гягрованле пространственно разделенных доменов поверхностных фаз 5.;(Ш)^3-Аз и £1(111)4х1-Тп. При ■ этом доля поверхности, занятая фазой £1(111>-1х1-1п, определяется количеством предварительно осажденного индия. Аышлпуда Оже-пккз Ы после ст.-янгз. сохраняется. Фаза 51(Ш)\/З-Аз формируется на оставшейгл части поверхности и избыточные атомн Аз собираются в трехмерный дожрокристаялы, а охе-пнх серебра ссотгатстаешо уменьшается. Если исходное количество кндия состадляет около моисслся (Cfa~0.25-0.3S), после отжига карпша ДМЭ представляет собой суперпоггшрпо и (4x1), и оже-сигнал

серебра па о.же-спектре пра'тэтгекз? исчезает. В то ;хе Е-реня аъяшпуда ожг-гаг'л шэдия остагтсд неизменной. Есяп исходная яскерхшстная атомная шгдаярацгйг индия С;а>0.55, в результате отжига формируется поверхностная фаза

Si(lll)(lxl)K30°-In. tló данным ЭОС оже сигнал индия при этом уменьшается до величины Ci^Mi.SS и оже-сигнал серебра, как в предыдущем случае, отсутствует в ожс-спгетре. Величина С^*, соответствует концентрации атомов In в поверхностной фазе Sí(í 1 l)(lxl)R30°-In. Это означает, что избыточные по отношению к этой фазе атомы In также, как и все атомы Ag собираются в трехмерные микрокрисгаллы.

Если увеличить количество Ag (более 2MQ, то при последующем отжиге (300-450°С) на оже-спектре наблюдается уменьшение оже-сигнала In. При увеличении количества напыляемого Ag, в результате отжига можно наблюдать дальнейшее уменьшение оже-сигнала In и, когда поверхностная концентрация 1а уменьшается до значения Cio"0.25, на ДМЭ картине появляется суперпозиция рефлексов (V3xV3)R30° и (4x1). Соответственно, оже-сигкал от Ag начинает заметно расти. Таким образом, в зависимости от исходного количества In, напыленного на поверхность подложки, в результате отжига (300-450°С) при определенных концентрациях Ag щюисходагг полное исчезновение оже пика In и на ДМЭ картине остаются рефлексы (V3xV3). Поскольку при указанных температурах отжига диффузии в объём не происходит и десорбция In пренебрежимо мала, то такое поведение взаимодействия атомов 1п и Ag при отжиге можно объяснить образованием эвтектического сплава In-Ag в процессе собирания томов Ag в трехмерные кикрокрисгашы. При этом в трехмерные кристаллы собирается столько атомов In, сколько необходимо для формирования эвтектического сплава определенного сгехиомстркческого состава. Приблизительны: оцешзг пэ данным ЭОС дают соотношение 1шАз=1:2 иди 1:3 (Agina, или Agios), что коррелирует с данными объемной фазовой диаграммы системы In-Ag. Следует сшетагь, «no формирование эвтектического сплава Ia-Ag, по-видимому, имеет место и при низких покрытиях Ag, когда атомы Ag начинают сбразовызать в трехмерные иикрокрюталяы. Но уменьшение оже-сигнала индия за счет его увлечения серебром сгсльмало, что это становится заметным только при достаточно больших покрытиях Ag, превышающих около 2МС.

При достаточно больших количествах 1п и Аз (0;П>1.5МС и б^ММС) результате отжига на всей поверхности формируется поверхностная фаза 51'(1П)(1х1)Ю0°-1п, поверх которой имеются избыточные по отношению к этой фазе адатомы 1п и Аз в виде двумерного газа и трехмерных микрокристаллов. На рпе.З. представлены типичные кривые изменения поверхностной концентрация Сь, и САя в- зависимости от времени изотермического отжита. Одновременно с изменением концентрации па поверхности происходит структурные перестройки. Наблюдается последовательная смена картин ДМЭ: (1х1)К30°->^7х,Й)+4х1->

В результате изотермического отжига при температуре более 500°С одновременно протекают даа процесса; атомы 1п, находящийся в состоянии адсорбции на поверхностной фазе 3](111)(1х1)Ш0°-1а ("надфазные атомы") начинают десорбироваться, а атомы из трехмерных островков 1п занимать их места. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все островки не исчезнут. Все это время поверхностная концентрации С{Я остается постоянной, а на поверхности сохраняется фаза ЗК111)(1х1)Ю0Мп. Далее, в результате уменьшения локальной атотиссти атомов, происходит цепочка структурных фазовых переходов: 5КШ)(1х1)1130Мп-+8КШ)(^гЙ)+4х1-1п--* 51(111)(4х1)-1п. Когда на поверхности остаётся только фаза ¿'¿(Ш}(4х!)-!п переход а менее атотную фазу £¡(111)^31-111 не црсисхсдш'. Вместо этого додя поверхности, занятая фазой 4x1 постепенно сокращается, а на осгсбодаджтцейся поверхности

начинает' формироваться посеруксСТяая фаза 81(Ш)-*/3-А§. Это прожходэт за *

счет атомов" Аз, которые диффуэдаруют из трехмерных островков серебра. Одновременно начинает расти концентрация Сл?. 3 результате фаза 3((Ш) >/3-Ад замешает фазу 8:(Ш)4х1-1п на всей поверхности. При этом Сд8 достигает значение 0.2 (1МС) а при дальнейшем отжиге остается постоянной.

Следует отметить, что в случае сссушсе-пгеетпи на поверхности -'-аз

Рис.3. Десорбция кщия при изотермическом отхитеобразца (500°С). язповерхностной фазы Si(lllXl*l)K30°-b 9 силою Si(H)HAg,In) (—-) я no^px¡K>CTaúñ фаш Si(ii IXixií jO^-b в системе Si(l 11 )-In (—).

Si(lll)V3-Ag и Si(lll)4xl-Ia процесс десорбщш вдет быстрее, чем при отсутегвиесерсбра (см рис.3). Это объясняется тем, что существующее при комнаткой температура рввкосесие мгзгду этими фазами прп высоких температурах смещается в сторону Si(i 1 l)V3-Ag.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Построена двумерная фазоваядаатрамш в синоде £i(Ill)-(Au,Ag).

2. Установлена, что в равновесных условиях в згой система форш^зуется поверхностная фаза Si(lll)(V2IxV2I)R10.9°-(AB,Ag) со стгхнометрдаегккм составом С^-О.ЗЗ и Сдд-0.04.

3. В системе Si(lltHAu^g) при концентрациях Сш«Ш п <^<0.2 обнаружена поверхностная фаза нового типа-"доумгрный твердый раствор"1 атомов Аи в сверхрешетке (V3xV3)R30°-Ag.

4. Совместная адсорбция Au и Ag на поверхности Si(lll)-7x7 при комнатной температуре не приветит к формировашпо упорядоченных струкгур. При суммарном покрытии меньше 1МС, независимо от очередности осаждения металлов происходит равномерное заполнение поверхности с образованием плоских двумерных острозхов Ag. После полного заполнения первого монослоя атомы Au вытесняют атомы Ag га первого слоя. По мере увеличения количества Au все атомы Ад переходят в верхний слой.

5. Осаждение Ag на поверхностную фазу Si(lll)V3-AuiraH Si(lll)Sxl-Atl при комнатной температуре приводит к неупорядоченной адсорбции с образованием двумерных кластеров Ад. Прн осаждении атомов Au на поверхностную фазу Si(HI)V3-As атомы Ад вытесняются в верхний слой пленка Au между подложкой и слоем As растет послойно.

6. Показано, что образующаяся при осаждении атомов Au на поверхностную фазу Si(lll)^3-As при комнатной температуре при покрытии 1/ЗМС<Оди<0.6МС поверхностная фаза Si{lll)0\falrftl)RlO.9°-(Au,As) та же самая, что наблюдается в случае обжига..

. 7. Построена двушр!^ фазовая диаграмма в системе S3{lll)-(Ag,ïn).

8. Установлено, что при onsiirs смешанных пленок In-Ag (300-450°С) з зависимости от количества In формируются пространственно разделенные домены поверхностных фаз Si(lll)4xl-Ia н Si(lll)V3-As (B^IMC), поверхностная фаза Si(Ul)(V7xV3)-Nxl-in и трехмерные мккрокристаллы Ag {1.5MC>G;a>lMC) или поверхностная фаза Si(llI)(txl)R30°-In (0|а >1.5МС) и-^8тагрные^П1крогфис-таллы Ад н în.

% При совместной адсорбшш атомов и Ln на поверхности Si(lll)-7x7 квгзкмшй температуре упорядочетше структуры не формируются. Механизм ззпатаешш поверхности атомами Ag и In зависит от очередности их осажагш-л. Если поверхность не полностью похрыта атомают Ад, то прн последующем осаждении атомы în ззшгмают места на «шстЬй поверхности кремш!. , образуя

!

домены неупорядоченной фазы, близкой по составу к Si(lll)(lxl)R30°-In, а затем вытесняют атомы Ag.

10. При осахдении атомов Ag на поверхностные фазы Si(lll)V3-In Si(lll)V31-in и Si(lll)4xl-In при комнатной температуре происходит упорядоченная адсорбция с формированием поверхностных структур: 3xl-Ag, V3xV3-Ag и (V7xV7)R19.1°-Ag соответственно. При осаждении атомов In на поверхностные фазы Si(lll)3xl-Ag и Si(lll)V3-As при комнатной температуре происходит разрушение "серебрянкой" фазы в результате вытеснения атомов Ag, которые собираются в трехмерные микрокристаллы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. GavrUjuk Yu.L, .Lifshits V.G., Er.sbish.N., Coadsoiption of Au and Ag on the Si(lll) surface // Surf.Sci., 1993. V.297. P.345-354.

2. Gavr$uk Yu.L,. Lifshits V.G., Enebssh.N., Coadsorption of Au and Ag on the Si(lll) surface // 4th International Conference The Structure of surfaces (ICSOS-4),

PRC, Slisaghai, 1993.

3. Гаврншзк ЮЛ.-, Лифаищ В.Г., Энэбшв.Н, Субмоисскойные шенки Аа-Аз на поверхности Si(ili) // Поверхность, 1994,N 5.С.42-50.

4. Гаьрияюк ЮЛ., Лифшиц В.Г., Энэбжп.Н, Трешжюшетгаы? поверхностные фазы в системах (Au,As)/Si(ill) и (Au,Io)/Si{lll). // Тезисы докладов Первой междунароной конференции "Физика пиакоразмерных систем". Черноголовка, Росс л,", 1993г..

5. GavriJjuk Yu.L, Cliurusov U.K., lifsliits V.G., EnebkLN., Hiree-componcnt surfa.ee phasc3 in (Au/vj)/Si(lll) end (Au,fo)/Si(!I!) systems // Phys. Low-Dim. Struct, 4/5 (1995) P.157-165.

6. Gavriljuk Yu.L, Lifshits V.G, Enebisli.N, Formation of the Si(lll)(V21xV21)R10.9°-(AuAs) surface structure // Proc. of tho First Russia-Japan Ssnumar on Semiconductor Surface., Vladivostok, Russia 5-9 September 1993. P.45-53.

-277. Gswrijjuk Yu.L, Lifshlts V.O, EncbMs.N., The coadsciption of Ag and la tiorta on the S£( 111)7x7 surface // Proc, of the First HlmAz-J&p&n Semmiar on Semiconductor Surface., "Vladivostok, Russia 5-9 September 1993. P.123-129.