Формирование тонких пленок и наноструктур в системе Mn/Si(111) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ
|
Азатьян, Сергей Геннадьевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Владивосток
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2008
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.10
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
АЗАТЬЯН Сергей Геннадьевич
ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК И НАНОСТРУКТУР В СИСТЕМЕ Мп/Б^Ш)
Специальность — 01.04.10 Физика полупроводников
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
003455691
Владивосток — 2008
003455691
Работа выполнена в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН
Научный руководитель'
доктор физико-математических наук, профессор
Зотов Андрей Вадимович
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,
профессор
Чеботкевич Людмила Алексеевна
Ведущая организация:
доктор физико-математических наук, Котляр Василий Григорьевич
Амурский государственный университет,
г. Благовещенск
Защита состоится 29 декабря 2008 г. в 12:00 на заседании диссертационного совета Д005.007.02 при Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской Академии наук 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, ИАПУ ДВО РАН
Автореферат разослан 20 ноября 2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета, к.т.н., доцент
Гамаюнов Е. Л.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность темы исследования. В настоящее время идет постоянное наращивание возможностей н мощностей цифровых и электронно-вычислительных устройств. С другой стороны данное увеличение производительности таких устройств упирается в два, возможно самых основных, препятствия невозможность бесконечного уменьшения размеров и невозможность постоянного повышения частоты, например, процессора компьютера Оба этих препятствия связаны с выделением тепла. Несмотря на постоянное совершенствование технологии производства, направленное на решение этой проблемы (например, замена двуокиси кремния на двуокись гафиия или внедрение атомов Ge в решетку Si для создания напряженного слоя), физические принципы незыблемы, и достаточно скоро может возникнуть ситуация, при которой дальнейшее увеличение производительности вычислительных устройств будет невозможно без кардинального изменения принципов самой приборной составляющей данной техники. Возможная замена электронного носителя информации (когда в качестве регистрируемого значения выступает электрический ток) на сегодняшний день видится в использовании квантовых свойств частиц — носителей информации [1]. Одним из таких свойств является спин электрона.
Спинтроника (от спин и электроника) — это область квантовой электроники, в которой для физического представления информации наряду с зарядом используется спин частиц, связанный с наличием у них собственного механического момента. Использование спина электрона в качестве носителя информации может достаточно сильно упростить создание материальной базы будущих спинтронных приборов [2]. Основными материалами, необходимыми для создания спинтронных приборов, должны быть материалы, имеющие ферромагнитные или антиферромагнитные свойства. Одними из перспективных материалов для создания различных устройств в спинтронике (инжекторов спин-поляризованных электронов, фильтров или проводников таких носителей) являются магнитные полупроводники на основе 3d- или 4/-металлов, особенно марганца [2]. В последнее время появился ряд теоретических работ [3,4], посвященных исследованию магнитных полупроводников Si/Ge, Si и Ge, легированных атомами Мп, а также влиянию других п— и р—примесей на магнитные свойства атомов марганца в этих магнитных полупроводниках. Теоретическая работа [5] посвящена непосредственно изучению пленки моносилицида марганца на кремнии, как хорошего магнитного полупроводника с высокой степенью спин-поляризации на атомах марганца — возможный источник спин-поляризованных электронов.
С другой стороны, кремний и марганец, вместе и по отдельности, а также с другими элементами, могут формировать структуры с ферромапштны-
/
ми и антиферромагнитными свойствами. Например, антиферромагнетиками являются: чистый массивный марганец (температура Нееля равна ~100К), М^з (Гк=62-^68К), МпБЮз, Мп2ЗЮ4 (ТН=50К), ТЬМп2312 (Тц=483К) [6]; ферромагнетиками: МпЯ1 (температура Кюри ~100К) [6], кластеры марганца с числом атомов <10 [7] и кластеры (МпО)^ где х <9 [8]. Также аморфный кремний может выступать в качестве проницаемого барьера для туннелиро-вания спин-поляризованных электронов в системе ферромагнетик — изолятор — сверхпроводник [2].
Исследование системы Мп/Э1 имеет большое значение как для фундаментальной науки, так и с прикладной точки зрения, как возможный материал кандидат для использования в спинтронике. Прежде, чем будут проводить исследования спинтронных свойств данной системы, необходимо исследовать ее структурные характеристики. Стоит отметить также, что уменьшение размеров элементарных полупроводниковых приборов на кристалле, когда в качестве техпроцесса используется литография (на данный момент только начинается разработка 32 нм техпроцесса), упирается в физические принципы самого метода, не позволяющие дешево и/или существенно уменьшить физический размер элементарного полупроводникового прибора. Поэтому, в качестве повой технологии предлагается технология самосборки приборов, часто — на поверхности полупроводников. Таким образом, исследование системы марганец (адсорбат) — поверхность кремния является обязательным этапом в комплексном изучении системы Мп/Б1 для дальнейшего развития фундаментальной науки и решения практических задач.
Целью диссертационной работы являлось определение механизмов формирования тонких пленок и наноструктур в системе Мп/31(111), как функций условий роста. Для этого предполагалось решить следующие основные задачи:
1. Исследовать рост поверхностных фаз и тонких пленок в системе Мп/31(111) в условиях, близких к равновесным (при относительно низких скоростях напыления Мп 0,154-0,30монослоя/мин).
2 Исследовать особенности формирования границы раздела Мп/81(111) в неравновесных условиях (при относительно высокой скоростях напыления Мп 1,Зч-2,4МС/мин и комнатной температуре подложки).
3. Определить условия формирования в системе Мп/81(111) различных наноструктур (атомных кластеров и их массивов, двумерных и трехмерных наноостровков).
Научная новизна работы. Работа содержит новые экспериментальные и методические результаты, наиболее важные из которых следующие:
1. Экспериментально определено влияние условий роста на формирование границы раздела Мп/81(111) в широком диапазоне скоростей напыления Мп, температур подложки и количества напыленного марганца.
2. С помощью метода сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) исследовано формирование пленки марганца при покрытиях <2 МС на поверхности 81(111)7x7 при комнатной температуре (КТ).
3. Проведено исследование роста наноразмерных структур марганца на 81(111)7x7 при покрытиях 0,05^-0,30МС и температурах отжига 320-^550°С.
4. Обнаружено формирование ранее неизвестных структур Мп-81 на поверхности 81(111)7x7: кольцевые кластеры марганца и поверхностная фаза 81(111)7x7 с замещением адатомов на атомы Мп.
5. На основе полученных экспериментальных данных предложена модель структуры 10-атомного пирамидального кластера Мп на 81(111)7x7.
Практическая ценность. В ходе проведения исследований были испытаны технологические приемы роста и определены условия формирования тонких пленок марганца и силицида марганца, а также различных наноструктур на нх основе (атомных кластеров и наноостровков). Эти данные могут быть применены для создания элементной базы для спинтроники с использованием сверхвысоковакуумных технологий кремния.
Предложенная по результатам исследований модель атомных кластеров марганца на 81(111)7x7 может служить отправной точкой для проведения теоретических расчетов, направленных на оценку пригодности массива таких кластеров в качестве квантовых объектов на поверхности.
Обнаруженное при проведении исследований замещение части адатомов кремния в структуре 81(111)7x7 на атомы марганца, а также зависимость электронной плотности таких атомов Мп от занимаемого ими положения, может быть использовано для создания сверхтонких магнитных полупроводников или элементов памяти в электронных устройствах.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Формирование границы раздела Мп/81(111) при относительно низкой скорости напыления марганца 0,15-^0,30МС/мин (т.е., в условиях, близких к равновесным) приводит к последовательному образованию поверхностных фаз: 81(111)7х7-Мп при покрытии Мп 0,2 МС и 81(111)1х1-Мп при 1-^1,5 МС. При дальнейшем напылении Мп при комнатной температуре наблюдается послойный рост пленки марганца, а при температуре
350°С происходит формирование силицида Мп81 со структурой л/Зхх/З на поверхности.
2. Формирование границы раздела Мп/81(111) при неравновесных условиях (высокая скорость напыления 1,3-г2,4 МС/мин при комнатной температуре образца) не приводит к образованию поверхностных фаз, а на поверхности формируются атомные кластеры без четко выраженной структуры («аморфные» атомные кластеры) и трехмерные наноостровки.
3. Отжиг поверхности Мп/8!(111)7х7, содержащей 0,05ч-1,0МС Мп, в диапазоне температур 320-М50°С приводит к формированию двух видов атомных кластеров, имеющих четко выраженную структуру («кристаллических» кластеров); более крупных трехмерных островков; а также плоских двумерных островков силицида со структурой \/3 х \/3 на поверхности. Кристаллические атомные кластеры первого типа имеют пирамидальную форму и состоят из ~10 атомов Мп. Кластеры второго типа — это кольцевые кластеры, имеющие диаметр 7А и центр в положении Ть
4. При температуре 550°С атомные кластеры нестабильны, на поверхности формируются только плоские двумерные островки силицида со структурой л/3х\/3, а в поверхностной структуре подложки 81(111)7x7 происходит частичное замещение адатомов кремния на атомы марганца.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждались на следующих конференциях и научных семинарах: Летнем ежегодном региональном Научном семинаре Физического общества Японии для студентов, аспирантов и молодых ученых в префектурах районов Чюгоку и Сайгоку (г. Ямагучи, Япония, 2-го августа 2003 г.); Осеннем ежегодном Научном семинаре Физического общества Японии для студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Окаяма, Япония, 20-23 сентября 2003 г.); 7ой Международной конференции по атомарно-контролируемым поверхностям, границам раздела и наноструктурам, АСЭШ-7 (г. Нара, Япония, 17-20 ноября 2003 г.); 90М Международном симпозиуме по передовым физическим направлениям, КАРР-Э (г. Цукуба, Япония, 1 4 марта 2004 г.); 12ой Международной конференции по пленкам и поверхностям твердого тела, 1С8Р8-12 (г. Хамамацу, Япония, 21-25 июня 2004 г.); 9ой конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, ПДММ-2005 (г. Владивосток, Россия, 18-21 мая 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи в научных журналах и 6 тезисов докладов, представленных на молодежных, региональных и международных конференциях и семинарах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов работы, списка цитируемой литературы и одного приложения. Общий объем диссертации составляет 12G страниц, включая 46 рисунков, список литературы из 115 наименований и, в качестве приложения, — список сокращений, используемых в тексте, из 1 листа.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность темы исследования, сформулированы цели и основные задачи диссертационной работы, изложены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, указаны защищаемые положения, представлен список конференций и семинаров, на которых докладывались результаты диссертационной работы, приведен список публикаций по тематике диссертационной работы, а также даны краткие сведения об объеме и структуре самой диссертации.
В первой главе дано краткое описание развития науки о поверхности полупроводников; даны базовые сведения о поверхности Si(lll), ее структурах и модификациях; представлен обзор литературных данных о формировании нанокластеров и кольцевых кластеров на поверхности Si(lll). В данной главе также представлен расширенный обзор литературных экспериментальных и теоретических данных о формировании системы Mn/Si(lll) при различных условиях: разных температурах подложки и покрытиях адсорбированного марганца, а также в присутствии стороннего адсорбата.
Во второй главе кратко рассмотрены экспериментальное оборудование, методы и методики, использованные для проведения представленных в диссертации исследований. Эксперименты выполнялись на двух сверхвысокова-куумных (СВВ) исследовательских системах: однокамерная система Varían VT-112 и трехкамерная система фирмы Unisoku. Первая СВВ-снстема были оснащена такими экспериментальными методами, как дифракция медленных электронов (ДМЭ), электронная оже-спектроскопия (ЭОС), спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ). Другая СВВ-система была оборудована методом сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). В конце главы приведены методики подготовки образцов монокристаллического кремния и получения атомарно-чистой поверхности этих образцов в условиях сверхвысокого вакуума.
Третья глава диссертационной работы посвящена комплексному исследованию интегральными экспериментальными методами (ДМЭ, ЭОС, СХПЭЭ) системы Мп/31(111) при напылении атомов марганца с разной скоростью осаждения (от 0,15 до 2,4МС/мин) в диапазоне покрытий 0,2-г5МС на поверхность 81(111)7x7 при комнатной температуре, а также при последующем отжиге при 350°С и при напылении на нагретую до температуры 350°С подложку.
Вначале приводятся все полученные методами ДМЭ, ЭОС и СХПЭЭ данные. Согласно ДМЭ данным, напыление при КТ 0,2 МС марганца на 81(111)7x7 с последующим отжигом при 350°С приводит к появлению на картине дифракции одновременно существующих, четко выраженных рефлексов от структур 7x7 и 1x1. Напыление при КТ 4МС со скоростью осаждения 0,15МС/мин и напыление при КТ 1,25 МС с такой же скоростью с последующим отжигом при 350°С формируют на поверхности структуры, которые демонстрируют похожие картины ДМЭ с рефлексами 1x1. Однако в первом случае наблюдается сильный фон.
Также похожие картины ДМЭ с одинаковыми рефлексами от структуры л/3х\/з существуют и для поверхностей, полученных двумя разными способами. Первая поверхность сформирована однократным напылением при КТ 3-^4 МС марганца с последующим отжигом при 350°С. Другая поверхность формируется двукратным напылением при КТ и отжигом при 350°С после каждого напыления: 1,5 МС — образовывалась поверхностная фаза (ПФ) Мп/81(111)1 х 1; затем еще 3 МС. Для второй поверхности картина ДМЭ была более совершенна, чем для первой поверхности: отсутствовал фон, а рефлексы \/Зх \/3 были более четкие.
На рисунке 1 показаны данные ЭОС для разных условий формирования системы Мп/81(111), представленные как зависимость отношения оже-пиков иг покрытия марганца. Для анализа использовались оже-пики с энергией 91 эВ и оже-пики марганца с энергиями 40 и 589 эВ. Использование двух разных оже-пиков для марганца связано с разной длиной свободного пробега электрона (4,3 и 14,69 А в марганце), что позволяет более точно судить о процессах роста тонких пленок марганца. При напылении марганца при КТ со скоростью 2,4МС/мин ЭОС показывает почти линейную зависимость оже-данных от покрытия (Рис.1а11 или Рис.1г1) в диапазоне 0-^-2,5 МС. С другой стороны, ДМЭ исследования демонстрируют ослабление и исчезновение рефлексов 7x7 на картинах дифракции при покрытиях 0,2ч-0,4МС. Для более низкой скорости напыления 0,15МС/мин кривая оже-данных имеет другую зависимость от покрытия (Рис.161), а на картинах дифракции наблюдается го< \ тоггипняпие рефлексов 7x7 и 1x1 до МС (затем до 5МС существуют только 1x1).
После отжига вид кривых зависимости оже-данных от покрытия также за-
Покрытие Мп, МС
Рис. 1. Сравнение оже-данных: (а) напыление при КТ при 0,15 (I) и 2,4МС/мнн (II); (б) после отжига при 350°С Змин при 0,15 (1) и 2,4МС/мин (И), кривая (III) — напыленне на нагретую до 350°С поверхность при 0,ЗМС/мин; (в) 0,15МС/мин до (I) и после (II) отжига; (г) 2,4МС/мии до (I) и после (II) отжига; (д) отношение интенсивностей оже-пиков Мп при 0,15МС/мин до (I) и после (II) отжига
—I—I—I—I—I—I—I—I—.—I—I—
0 1 2 3 4 9 6
Покрытие Мп, МО
Рис 2. Зависимости изменения положения СХПЭЭ пика поверхностного плазмона от покрытия Мп (2,4МС/мин) до (I) и после (И) отжига при 350°С
висит от скорости напыления. Для скорости осаждения 0,15МС/мин кривая оже-данных имеет два хорошо различимых плато для покрытий 0,24-0,7 МС и 14-1,5МС (Рис.161 или Рис.1в11). Согласно данным ДМЭ, первое плато соответствует ПФ 7x7, второе — ПФ 1x1. При скорости осаждения 2,4МС/мин для покрытий 14-2,5 МС значение кривой оже-данных практически не меняется (Рис.1611 или Рис.1г11). На картинах дифракции существуют рефлексы 1x1, а после 1,5 МС появляются очень слабые рефлексы \/Зх\/3-
Напыление атомов Мп на образец, нагретый до 350°С, при скорости 0,ЗМС/мин показывает более слабую (по сравнению с другими условиями формирования) зависимость изменения оже-данных от покрытия (Рис.1бШ). Метод ДМЭ демонстрирует только рефлексы модифицированной структуры 7x7.
Данные СХПЭЭ показывают, что при скорости напыления 2,4МС/мин положение пика поверхностного плазмона кремния меняется в диапазоне 10,54-13эВ, как при КТ, так и после отжига при 350°С (Рис.2). В обоих случаях положение пика меняется из-за изменения числа валентных электронов на один атом кремния на поверхности. Однако после отжига происходит формирование совместной структуры кремний-марганец.
Напыление марганца до 0,75 МС при КТ со скоростью 0,15МС/мин (равновесные условия) на поверхность 81(111)7x7 приводит к формированию ПФ З1(111)7х7-Мп. Такая же ПФ формируется и при напылении на нагретую до 350°С поверхность (при скорости 0,ЗМС/мин). Данная ПФ, очевидно, является описанным в работах [9,10] массивом кластеров марганца, расположенных в обеих (или только с дефектом упаковки) половинках элементарной ячейки 7x7. Дальнейшее напыление (>0,75МС) при то же скорости при
КТ приводит к дополнительному образованию относительно плоских островков, которые после отжига становятся более высокими, что приводит к резкому уменьшению значения отношения интенсивиостей оже-пиков Мп и Э1 (Рис.1в). При 0д/„=1-г1,5 МС наблюдается плато у кривой зависимости оже-данных от покрытия как после напыления при КТ, так и после отжига (Рис.1в). ДМЭ демонстрируют похожие картины дифракции 1x1. Таким образом ПФ 81(111)1х1-Мп формируется уже при КТ и остается после отжига. Дальнейшее напыление приводит к послойному росту марганца (механизм роста Франка-ван-дер-Мерве) до отжига и с формированием островков (механизм Странеки-Крастанова) после отжига.
При неравновесных условиях напыления (большая скорость 2,4МС/мин) наблюдается иной механизм роста марганца. Не наблюдается образования ПФ 81(111)7х7-Мп ни при напылении при КТ, ни после отжига. После напыления 0,2-^0,4 МС пропадают рефлексы 7x7, а на картине ДМЭ присутствуют только рефлексы 1x1, что говорит о формировании небольших островков марганца (возможно «аморфных» атомных кластеров), которые неупорядоченно растут на поверхности. После отжига при 0д/„=1-^2,5МС поверхность покрыта ПФ 81(111)1 х 1-Мп, на которой существуют большие трехмерные островки марганца. При покрытии <1,5 МС на поверхности появляются па-ноостровки моносилицида марганца, которые проявляются на картинах ДМЭ как слабые рефлексы у/Зху/З. Формирование силицида марганца также подтверждается данными СХПЭЭ, когда после отжига пик с энергией 12,5эВ (соответствующий плазмопу границы раздела марганец — кремний) смещается до 11,8эВ (Рис.2). Такое смещение именно с формированием химических связей кремний — марганец в моносилициде марганца.
Структура полученная в два этапа с использованием ПФ
81(111)1х1-Мп, более совершенна по сравнению со структурой, полученной за один этап.
Это объясняется тем, что образование ПФ 31(111)1 х 1—Мп разрушает ПФ 81(111)7x7 и приводит к частичному взаимодействию атомов марганца и кремния (образование несовершенного силицида).
В заключении главы делаются следующие выводы о влиянии условий напыления на формирование системы Мп/81(111). При условиях напыления близким к равновесным (низкая скорость напыления при КТ и отжиге при 350°С) происходит последовательное формирование ПФ 81(111)7х7-Мп и 81(111)1 х1-Мп с последующим послойным ростом (прп КТ) или с образованием моносилицида марганца
после отжига). При близких к неравновесным условиях (высокая скорость напыления) идет формирование неупорядоченных атомных островков марганца (при КТ). А отжиг такой поверхности приводит к формированию ПФ 81(111)1х1-Мп ($мп>1МС) и появлению на ней островков моносилицида марганца (0м„>1,5 МС). Формирование
пленки моносилицида марганца при больших покрытиях (^мл>ЗМС) и отжиге с использованием предварительно сформированной ПФ Si(l 11)1 х 1-Мп дает более совершенную структуру, чем одинарный отжиг такой же пленки марганца.
Четвертая глава диссертационной работы посвящена исследованию методом СТМ границы раздела марганец Si(lll)7x7, сформированной напылением до 1МС марганца при КТ.
В ведении четвертой главы кратко указываются условия при которых исследуется система Mn/Si(lll) и причины исследования формирования поверхности системы при малых покрытий марганца, напыленных при КТ.
В этой главе приводятся данные, полученные методом СТМ от поверхностей, сформированных при КТ при скоростях напыления марганца 1,3 и 2,4МС/мин для покрытий 0,1-^1 МС.
СТМ-данные результата напыления 0,1 МС марганца для двух скоростей представлены на рисунке 3. Видно, что при более низкой скорости напыления формирование кластеров марганца на поверхности имеет достаточно хаотичный характер. Предпочтительные размер, форма и положения которых показаны светло-серыми фигурами на Рис.Зб. Такие кластеры, не имеющие определенной формы и размера, а также не формирующих упорядоченные массивы, будем называть «аморфными» атомными кластерами. Только в некоторых случаях наблюдается формирование небольших треугольных кластеров в центре половинок элементарной ячейки 7x7. При более высокой скорости напыления (2,4МС/мин) атомы марганца в основном формируют только такие треугольные кластеры (как выделено на Рис.Зв).
Дальнейшее допыление атомов марганца до 0,2 и 0,5 МС приводит к следующему. При высокой скорости напыления увеличивается ширина атомных кластеров в пределах половинок элементарной ячейки 7x7, либо наблюдается слияние соседних кластеров, располагающихся в соседних половинках 7x7, ширина такого слившегося кластера увеличивается с увеличением покрытия (см. Рис.4). Для низкой скорости напыления (1,ЗМС/мин) также наблюдается увеличение ширины атомных кластеров, но такие кластеры имеют большее разнообразие в форме, размерах и местоположении. При этом кластеры почти не сливаются, а растут в своих половинках элементарной ячейки (Рис.4).
При 1 МС марганца наблюдается почти полное покрытие поверхности атомами марганца при обоих скоростях напыления (Рис.4). Однако при скорости напыления 2,4МС/мин формируются атомные кластеры почти одинаковой формы и размеров, каждый из которых занимает практически всю элементарную ячейку 7x7, оставляя только ~7% общей площади, незаполненой атомами марганца. В противоположность этому, при более низкой скорости напыления (1,3 МС/мин) наблюдается формирование атомных кластеров раз-
в г
Рис. 3. СТМ-изображения заполненных состояний (14=4-1,5В, 7=0,4нА, ~135Ах135А) поверхности Мп/81(111), полученной напылением 0,1 МС марганца при КТ при 1,3 (а) и 2,4МС/мии (в) (здесь и далее выделена элементарная ячейка 51(111)7x7 и буквами «Г» и «11» указаны половинки ячейки с дефектом упаковки и без дефекта упаковки, соответственно), (б) и (г) — схематические иллюстрации предпочитаемого роста атомных кластеров марганца на поверхности для 1,3 и 2,4МС/мин, соответственно
ной формы, местоположения и размера, кластеры могут занимать как только половинки, так и полностью ячейку 7x7. При этой скорости общая площадь, непокрытая атомами марганца, составляет ~20%.
В третьем разделе главы обсуждаются причины немного различных механизмов роста марганца на 31(111) при КТ для достаточно близких скоростей напыления (1,ЗМС/мин и 2,4МС/мин). Рассматривается сравнение кинетического и радиационного влияния от источника марганца. Предполагается, что основной причиной такого различия является радиационное влияние.
В выводах главы указывается, что при напылении на 81(111)7x7 при КТ со скоростью 1,Зч-2,4МС/мин Мп растет в виде «аморфных» атомных кластеров, формируя более упорядоченную структуру при более высокой скорости напыления, что может быть объяснено влиянием радиационного излучения источника марганца на температуру подложки.
Пятая глава посвящена исследованию методом СТМ морфологии поверхности системы Мп/81(111), полученной напылением при КТ 0,05-^0,30 МС и
1,0 мс
Рис. 4. Схематическое сравнение роста марганца на поверхности при КТ для двух разных скоростей осаждения 1,3 и 2,4МС/мин, полученного при СТМ-исследовании. Светлосерым цветом показана наиболее предпочитаемая форма и место роста атомных кластеров марганца, а темно-серым (нижняя пара) — незаполненные марганцем области чистого кремния
0,2 МС
0,5 МС
1,3 МС/мин
0,1 МС
1 МС Мп на поверхность 81(111)7x7 с последующим отжигом при 320-^550°С в течение 1 минуты.
При 320°С для покрытия 0,05-^0,15 МС Мп поверхность представляет из себя комбинацию «кристаллических» кластеров, имеющих размер, примерно равный размеру половинки ячейки 7x7, и лежащих в ее пределах; наноос-тровков неправильной формы с линейными размерами 50-^-90 А, лежащих на краях ступеней и группах ступеней; и чистой поверхности кремния с ча-
стично дефектной структурой 7x7 (Рис.5). Наноостровки состоят в основном из атомов марганца. Для #м„=<0,1МС все «кристаллические» кластеры являются пирамидальными кластерами, похожими на описанные в работах [9-11] (Рис.6). При вмп>0,1 МС наблюдается, помимо пирамидальных кластеров, другой тип кластеров кольцевой кластер (КК), у которого СТМ-изображение незаполненных состояний выглядит как кольцо из 6 максимумов с центром, сдвинутым к одной из боковых сторон половинки ячейки 7x7 (Рис.6).
Для покрытия 0,15^-0,30 МС Мп поверхность состоит из тех же структур, что и для 0,05-^0,15 МС. Однако наноостровки образуются не только па краях ступеней и группах ступеней, как для более низкого покрытия, но и на террасах. В последнем случае вокруг наиоостровков наблюдаются разрушения структуры 7x7 в виде кратеров. Можно предположить, что такие наноостровки состоят из атомов марганца и кремния, но еще не являются совершенным силицидом типа МпБь Число пирамидальных кластеров уменьшается, а число КК немного увеличивается, по сравнению с 0,05-^0,15 МС.
Для покрытия 1 МС поверхность состоит из наиоостровков разных форм и размеров (минимальный — размер половинки ячейки 7x7); плоских двумерных островков силицида марганца со структурой а/Зх \/3 на поверхности; структуры 7x7 с большим количеством дефектов.
После отжига при 370°С для покрытия 0,05-^0,15 МС Мп происходит формирование таких же структур, что и после отжига при 320°С. Однако, число пирамидальных кластеров существенно уменьшается, тогда как число и размер наиоостровков увеличивается (75Ч-115А). Также увеличивается количество КК и число дефектов структуры 7x7. Для покрытия 0,154-0,30 МС
Рис. 5. СТМ-изображения заполненных состояний (^=+1,5 В, 7=0,3 нА, ~1250х1250А2) поверхности Мп/£К(111) после отжига при 320°С. Покрытие марганца 0,07 МС (а) и 0Д0МС (б). Стрелками указаны наноостровки, расположенные на краях ступеней и группах ступеней
а б
Рис. 6. Сравнение СТМ-изображений пирамидальных кластеров и кольцевых кластеров марганца, сформированных при напылении 0,13 МС при КТ и отжиге при 320°С. На (а) представлено СТМ-изображение заполненных состояний, на (б) — СТМ-изображение незаполненных состояний поверхности Мп/81(111). Максимумы одного из кольцевых кластеров на (б) обозначены белыми кольцами для лучшего восприятия
Мп па поверхности наблюдается (помимо тех же структур, что и после отжига при 320°С) формирование плоских островков моносилицида марганца УЗхт/З. В случае расположения таких островков на террасах также наблюдается образование вокруг них кратеров. Для покрытия 1 МС на поверхности существуют такие же структуры, что и после отжига при 320"С.
При 450°С для покрытия 0,05-^0,15 МС Мп поверхность состоит из структуры 7x7 с большим числом дефектов и плоских островков МпБ1 ч/ЗХ'/З на ступенях и группах ступеней, имеющих ограненную форму (что характерно при формировании нанокристаллов на поверхности). Большая часть дефектов структуры 7x7 является замещение адатомов кремния на атомы марганца. Для покрытия 0,15-^0,30 МС Мп поверхность также состоит из структуры
Рис. 7. СТМ-изображение заполненных состояний (К=+1,5В, 7=0,3 пА, ~1230х1230А2, 0м„=О,ЗМС) поверхности Мп/31(111) после отжига при 550°С
Покрытие марганца, МС
0,05-0,10-0,15 0,15-0,3 1
320 У ■ "0 а. Эч пирамидальные кластеры; наноостровки кольцевые : кластеры Пирамидальные кластеры; кольцевые кластеры; наноостровки; наноостровки на террасах плоские островки ^3x^3, наноостровки; наноостровки на террасах
плоские островки л'Зх^З; пирамидальные кластеры; кольцевые кластеры: наноостровки; наноостровки на террасах
а о с £ 450 550 плоские островки VЗxVЗ; кольцевые кластеры; структура 7x7 с атомами Мп плоские островки >/3x^3, наноостровки, наноостровки на террасах, структура 7x7 с атомами Мп
плоские островки V3xV3; структура 7x7 с атомами Мп
Рис. 8. «Фазовая диаграмма» системы Mn/Si(lll) для покрытия 0,054-0,30МС и 1 МС, напыленного при КТ и отожженного при температурах 320, 370, 450 и 550°С
7x7 с внедренными атомами Мп; островками MnSi \/3><\/3, которые располагаются, как на ступенях, так и на террасах; а также небольшого числа КК. При покрытии 1 МС Мп поверхность покрыта структурой 7x7 с внедренными атомами Мп; напоостровкамн (разнообразного размера и формы); и плоских островков \/Зх\/3, которые растут исключительно от ступеней.
После отжига при 550°С для покрытия 0,05-rlMC Мп наблюдается формирование исключительно ПФ Si(lll)7x7 с дефектами (в основном, внедренными атомами Мп) и плоских островков MnSi \/Зх\/3 (Рис.7).
На Рис.8 представлена обобщенная «фазовая диаграмма».
Далее рассматриваются возможные причины независимости плотности «кристаллических» кластеров от покрытия для 0,05-^0,15 МС Мп при отжиге при 320°С (число же напоостровкон увеличивается с покрытием). Такой причиной может быть образование атомами марганца небольших промежуточных кластеров (метакластеров), количество которых обратно пропорционально среднему расстоянию между осажденными атомами марганца (т.е., растет с увеличением покрытия). Такие кластеры имеют подвижность, достаточную, чтобы в процессе отжига достичь краев ступеней и сформировать там наноостровки или слиться с уже существующими. Тогда как «кристаллические» кластеры, в частности, пирамидальные кластеры, остаются па месте (или мигрируют недалеко от места образования), так как имеют существенно меньшую подвижность при такой температуре отжига.
Приводится более детальное рассмотрение «кристаллических» кластеров: пирамидальные кластеры марганца и кольцевые кластеры марганца.
Пирамидальный кластер имеет пирамидальную форму с треугольным ос-
/о°о с©Ь о°о °о° °о° °0°
о
О - атом марганца в
пирамидальном кластере
0 -адатом кремния
0 - атом кремния
О
Рис 9 Здесь представлена предполагаемая модель пирамидальных кластеров марганца в половинке элементарной ячейке 7x7, где изображенный размер атомов марганца уменьшается при удалении от точки просмотра
пованием и одиночным атомом наверху. Из предположения, что при покрытии 0,05 МС атомы марганца не мигрируют к ступеням для образования на-поостровков (которые формируются там исключительно из атомов, осевших на краях ступеней или группах ступеней), а образуют исключительно пирамидальные кластеры, рассчитано предположительное число атомов марганца, из которых состоит пирамидальный кластер — ~10. Предложена модель такого пирамидального кластера. Эта модель основывается на том, что основание треугольной пирамиды состоит из 6 атомов (в статье [12] приводится пример формирования 6-атомных магических кластеров Мп на массиве магических кластеров 1п на 81(111)7x7). Верхняя часть пирамиды имеет один атом (как видно на Рис.66). Таким образом должен существовать средним слой, состоящий из трех атомов (Рис.9).
Кольцевой кластер Мп существует в системе Мп/81(111) для покрытия 0,104-0,30 МС и отжиге при температуре ниже 450°С (для 0,30 МС наблюдалось существование небольшого числа КК и после отжига при 450°С). Размеры и местоположение КК Ми: диаметр — ~7 А, расстояние между ближайшими максимумами — ~3,8 А, местоположение центра — Тх. Этими параметрами КК Мп отличается от КК %/Т9хч/Т9 и у/7ху/7, которые формируются с участием других металлов [13,14]. Кольцевой кластер марганца похож на КК [15], но существует в другом температурном диапазоне и КК может занимать не только позиции около боковых сторон половинок 7x7, но и угловые позиции [15]. КК марганца также формируется на дефектах поверхности: на дне кратеров вокруг наноостровков и плоских островков у/Зхч/З, выросших на террасах; а также вдоль доменных границ.
В выводах пятой главы указывается, что отжиг поверхности Мп/81(111)7х7, содержащей 0,054-1,ОМС Мп, в диапазоне температур 320-^450°С приводит к формированию двух видов «кристаллических» кластеров (пирамидальные кластеры и кольцевые кластеры), более крупных
трехмерных островков, а также плоских двумерных островков мопосилпцида марганца со структурой •УЗхл/З на поверхности. Предложенная модель пирамидального кластера состоит из 10 атомов, имеет форму треугольной пирамиды с 6 атомами в основании и одним верхним атомом. Кольцевые кластеры более стабильны по температуре, чем пирамидальные кластеры. После отжига при температуре 550°С на поверхности остаются только плоские наноостровки MnSi, а в поверхностной структуре подложки Si(lll)7x7 происходит частичное замещение адатомов кремния на атомы марганца.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Используя методы электронной оже-спектроскопии, дифракции медленных электронов, спектроскопии характеристических потерь энергии электронами и сканирующей туннельной микроскопии было проведено исследование механизмов формирования тонких пленок и наноструктур в системе Mn/Si(lll), как функций условий роста. На основе результатов проведенных исследований были сделаны следующие выводы:
1. Установлено, что формирование системы Mn/Si(lll) при относительно низкой скорости напыления 0,154-0,30МС/мин (условия, близкие к равновесным) в диапазоне от комнатной температуры до 350°С приводит к последовательному образованию двух поверхностных фаз: Si( 111)7x7 Мп (при покрытии Мп 0,2МС) и Si(lll)lxl-Mn (1-М,5МС). При дальнейшем напылении Мп при комнатной температуре наблюдается послойный рост пленки марганца, а при температуре 350°С происходит формирование силицида MnSi со структурой \/Зх\/3 на поверхности. Однократное напыление такого же количества Мп и отжиг при 350°С также приводит к образованию пленки силицида MnSi, но более низкого структурного качества.
2. При относительно высокой скорости напыления (1,3^-2,4 МС/мпп) и комнатной температуре (неравновесные условия) образование поверхностных фаз не наблюдается, а на поверхности формируются атомные кластеры без четко выраженной структуры («аморфные» атомные кластеры). При скорости напыления 2,4МС/мин кластеры равномерно заполняют все элементарные ячейки подложки Si(lll)7x7 таким образом, что при покрытии 1МС на поверхности образуется непрерывный упорядоченный массив атомных кластеров. При скорости напыления 1,ЗМС/мин на поверхности кроме атомных кластеров формируются более крупные трехмерные островки.
3. Обнаружено, что отжиг системы Mn/Si(lll)7x7, содержащей 0,05-^1,0 МС Мп, в диапазоне температур 320-f450°C приводит к формированию следующих структур на поверхности: два типа атомных
кластеров с четко выраженной структурой («кристаллические» кластеры); более крупные трехмерные наноостровки; плоские двумерные островки моносилицида марганца со структурой \/Зх\/3 на поверхности.
4. «Кристаллические» кластеры первого типа — пирамидальные кластеры — формируются преимущественно при температуре 320°С и малых покрытиях (0,05 MC<î?m„<0,3 МС). Пирамидальный кластер содержит ~10 атомов Мп и, согласно предложенной структурной модели, имеет одиночный верхний атом и шестиатомное треугольное основание. Кластеры второго типа — кольцевые кластеры — формируются при покрытиях >0,1 МС и обладают большей термической стабильностью. Кольцевой кластер имеет диаметр 7 А и центр в положении Ti.
5. Показано, что отжиг поверхности Mn/Si(lll)7x7 при температуре 550°С приводит к распаду атомных кластеров. На поверхности формируются только плоские двумерные наноостровки MnSi со структурой \/3x\/3 на поверхности, а в поверхностной структуре подложки Si(lll)7x7 происходит частичное замещение адатомов кремния на атомы марганца.
Основные результаты диссертации представлены в следующих печатных работах:
1. Shivaprasad S.M., Anandan С., Azatyan S.G., Gavriljuk Y.L., Lifshits V.G. The formation of Mn/Si(lll) interface at room and high temperature. // Surf. Sci. - 1997. - V. 382 - P. 258-265.
2. Azatyan S., Hirai M., Kusaka M., Iwami M. AES and STM investigations of room temperature Mn deposition onto Si(lll) at different deposition rates. // Appl. Surf. Sci. - 2004. - V. 237, N. 1-4. - P. 105-109.
3. Azatyan S.G., Iwami M., Lifshits V.G. Mn clusters on Si(lll) surface: STM investigation. // Surf. Sci. - 2005. - V. 589, N. 1-3. - P. 106-113.
4. Азатьян С.Г., Лифшиц В.Г. Исследование методом СТМ кластеров системы Mn/Si(lll) // Вестник ДВО РАН - 2005. - № 6. прил. - с. 30-37.
5. Azatyan S., Hirai M., Kusaka M., Iwami M. Room temperature Mn deposition onto Si(lll): STM, AES. // Abstracts of the Meeting of The Physical Society of Japan, Summer Meeting of Chyugoku and Saigoku Prefectures, August 2, 2003, Yamaguchi, Japan, P. 52.
6. Azatyan S., Hirai M., Kusaka M., Iwami M. RT Mn deposition onto Si(lll). // Abstracts of the Meeting of The Physical Society of Japan, Autumn Meeting, September 20-23, 2003, Okayama, Japan, P. 87.
7. Azatyan S., Hirai M., Kusaka M., Iwami M. AES and STM investigations of room temperature Mn deposition onto Si(lll) at different deposition rates. // Abstracts of the 7th Conference on Automatically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures, November 17-20, 2003, Nara, Japan, P. 100.
8. Azatyan S., Hirai M., Kusaka M., Iwami M. STM investigation of Mn/Si(lll) surface morphology at different temperatures annealing and Mn coverage. // Abstracts of the 9th International Symposium on Advanced Physical Fields. March 1-4, 2004, Tsukuba, Japan, P. 117.
9. Azatyan S., Hirai M., Kusaka M., Iwami M. Mn nanoclusters on Si(lll) surface: STM investigation. // Abstracts of the 12th International Conference on Solid Films and Surfaces, Congress Center, June 21-25, 2004, Hamainatsu, Japan, P. 8G.
10. Азатъян С.Г., Лифшиц В.Г. СТМ исследования субмонослойных покрытий марганца на поверхности Si(lll). // Труды 9-ой конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, 18-21 мая, 2005 года, Владивосток, с. 21.
Список литературы
[1] Валиев К.А., Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. Москва, Ижевск: РХД, 2004. 320 с.
[2] Zutic /., Fabian J., Sarma S. Das. Spintronics: Fundamentals and applications. // Rev. Mod. Phys. - 2004. - V. 76, N. 2. - P. 323-410
[3] Arantes J.Т., da Silva A.J.R., Fazzio A., Antonelli A. Theoretical investigation of a Mn-doped Si/Ge heterostructure. // Phys. Rev. B. — 2007. - V. 75, N. 7. - P. 075316-1-075316-4.
[4] Wu H., Kratzer P., Scheffler M. Density-Functional Theory Study of Half-Metallic Heterostructures: Interstitial Mn in Si. // Phys. Rev. Lett. — 2007.
- V. 98, N. 11. ~ P. 117202-1-117202-4.
[5] Hortamani M., Kratzer P., Scheffler M. Density-functional study of Mn monosilicide on the Si(lll) surface: Film formation versus island nucleation. // Phys. Rev. B. - 2007. - V. 76, N. 23. - P. 235426-1-235426-9.
[6] Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
[7] Stepanyuk V.S., Hergert W., Wildberger К., Nayak S.K., Jena P. Magnetic b¡stability of supported Mn clusters. // Surf. Sci. - 1997. - V. 384, N. 13
— P. L892-L895.
[8] Nayak S.K., Jena P. Giant magnetic moments and magnetic bistability of stoichiomatric MnO clusters. // Phys. Rev. Lett. — 1998. — V. 81, N. 14. — P. 2970-2973.
[9| Wang D.-Y., Chen L.-J., He W., Zhan Q.-F., Cheng Z.-H. Preferential arrangement of uniform Mn nanodots on Si(lll)-7x7 surface. // J.Phys.D.
- 2006. - V. 39, N. 2. - P. 347-350.
[10] Wang H., Zou Z.-Q. Self-organized growth of Mn nanocluster arrays on Si(lll)-(7x7) surfaces. // Appl. Phys. Lett. - 2006. - V. 88, N. 10. -P. 103115-1-103115-3.
[11] Evans M.M.R., Glueckstein J.C., Nogami J. Epitaxial growth of manganese on silicon: Volmer-Weber growth on the Si(lll) surface. // Phys. Rev. B. — 199G. - V. 53, N. 7. - P. 4000-4004.
[12] Li J.-L., Jia J.-F., Liang X.-J., Liu X., Wang J.-Zh., Xue Q.-K., Li Zh.-Q., Tse J.S., Zhang Zh., Zhang S.B. Spontaneous assembly of perfectly ordered identical-size nanocluster arrays. // Phys. Rev. Lett. — 2002. — V. 88, N. 6.
- P. 066101-1-066101-4.
[13] Parikh S.A., Lee M.Y., Bennett P.A. Formation conditions and atomic structure of the Si(lll)-sgril9 Ni surface. // Surf. Sei. - 1996. - V. 356, N. 1-3. - P. 53-58.
[14| Tsai M.-H., Dow J.D., Bennett P.A., Cahill D.G. Electronic structure and stability of ring clusters in the Si(lll)-(\/7 x \/7)Co surface. // Phys. Rev. B. - 1993. - V. 48, N. 4. - P. 2486-2492.
[15] Hwang I.-S., Ho M.-S., Tsong T.-T. Dynamic behavior of Si magic clusters on Si(lll) surfaces. // Surf. Sei. - 2002. - V. 514, N. 1-3. - P.309-318.
Азатьян Сергей Геннадьевич
ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК И НАНОСТРУКТУР В СИСТЕМЕ Мп/вКШ)
Автореферат
Подписано к печати 17 ноября 2008 г. Усл.п.л. 1,2. Уч.-изд л. 1. Формат 60x84/16. Тираж ЮОэкз. Заказ №45
Издано ИАПУ ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул.Радпо, 5 Отпечатано в ИАПУ ДВО РАН. 690041, г.Владивосток, ул.Радпо, 5
Введение
1 Формирование тонких пленок на границе раздела Мп/81(111)
1.1 Введение.
1.2 Поверхностная фаза 31(111)7x7.
1.3 Нанокластеры и кольцевые кластеры на поверхности 81(111).
1.4 Марганец на поверхности 31(111)
1.5 Выводы.
2 Экспериментальные методы исследования и подготовка эксперимента
2.1 Введение.
2.2 Сверхвысоковакуумные исследовательские системы
2.3 Дифракция медленных электронов.
2.4 Электронная оже-спектроскопия.
2.5 Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами.
2.6 Сканирующая туннельная микроскопия.
2.7 Приготовление образцов и получение атомарно-чистой поверхности 31(111)
2.8 Выводы.
3 Влияние условий роста на формирование межфазовой границы марганец — кремний (111)
3.1 Введение.
3.2 Экспериментальные данные.
3.3 Обсуждение экспериментальных данных.
3.4 Выводы.
4 Формирование границы раздела Mn/Si(lll) при комнатной температуре
4.1 Введение.
4.2 Экспериментальные данные.
4.3 Обсуждение причины зависимости механизма роста марганца при разных условиях напыления.
4.4 Выводы.
5 Формирование наноструктур марганец — кремний в результате отжига субмонослойных пленок Мп на Si(lll)
5.1 Введение.
5.2 Морфология поверхности системы Mn/Si(lll).
5.2.1 Отжиг системы Mn/Si(lll) при 320°С.
5.2.2 Отжиг системы Mn/Si(lll) при 370°С.
5.2.3 Отжиг системы Mn/Si(lll) при 450°С.
5.2.4 Отжиг системы Mn/Si(lll) при 550°С.
5.2.5 «Фазовая диаграмма» системы Mn/Si(lll).
5.3 «Кристаллические» кластеры Мп: пирамидальные кластеры и кольцевые кластеры.
5.3.1 Пирамидальные кластеры марганца.
5.3.2 Кольцевые кластеры марганца.
5.4 Выводы.
Актуальность темы исследования. В настоящее время идет постоянное наращивание возможностей и мощностей цифровых и электронно-вычислительных устройств. С другой стороны данное увеличение производительности таких устройств упирается в два, возможно самых основных, препятствия — невозможность бесконечного уменьшения размеров и невозможность постоянного повышения частоты, например, процессора компьютера. Оба этих препятствия связаны с выделением тепла. Несмотря на постоянное совершенствование технологии производства, направленное на решение этой проблемы (например, замена двуокиси кремния на двуокись гафния или внедрение атомов Се в решетку для создания напряженного слоя), физические принципы незыблемы, и достаточно скоро может возникнуть ситуация, при которой дальнейшее увеличение производительности вычислительных устройств будет невозможно без кардинального изменения принципов самой приборной составляющей данной техники. Возможная замена электронного носителя информации (когда в качестве регистрируемого значения выступает электрический ток) на сегодняшний день видится в использовании квантовых свойств частиц — носителей информации [1]. Одним из таких свойств является спин электрона.
Спинтроника (от спил и электроника) — это область квантовой электроники, в которой для физического представления информации наряду с зарядом используется спин частиц, связанный с наличием у них собственного механического момента. Использование спина электрона в качестве носителя информации может достаточно сильно упростить создание материальной базы будущих спинтронных приборов [2]. Основными материалами, необходимыми для создания спинтронных приборов, должны быть материалы, имеющие ферромагнитные или антиферромагнитные свойства. Одними из перспективных материалов для создания различных устройств в спинтронике (инжекторов сиин-иоляризованных электронов, фильтров или проводников таких носителей) являются магнитные полупроводники на основе 3d- или 4/-металлов, особенно марганца [2]. В последнее время появился ряд теоретических работ [3,4], посвященных исследованию магнитных полупроводников Si/Ge, Si и Ge, легированных атомами Мп, а также влиянию других п— и р—примесей на магнитные свойства атомов марганца в этих магнитных полупроводниках. Теоретическая работа [5] посвящена непосредственно изучению пленки моносилицида марганца на кремнии, как хорошего магнитного полупроводника с высокой степенью спин-поляризации на атомах марганца — возможный источник спин-поляризованных электронов.
С другой стороны, кремний и марганец, вместе и по отдельности, а также с другими элементами, могут формировать структуры с ферромагнитными и антиферромагнитными свойствами. Например, антиферромагнетиками являются: чистый массивный марганец (температура Нееля равна ~100К), M115SÍ3 (Tn=62-^68K), МпБЮз, Mn2Si04 (Tn=50K), ThMn2Si2 (TN=483K) [6]; ферромагнетиками: MnSi (температура Кюри ~100К) [6], кластеры марганца с числом атомов <10 [7] и кластеры (МпО)х, где х <9 [8]. Также аморфный кремний может выступать в качестве проницаемого барьера для туннелирования спин-поляризованных электронов в системе ферромагнетик — изолятор — сверхпроводник [2].
Исследование системы Mn/Si имеет большое значение как для фундаментальной науки, так и с прикладной точки зрения, как возможный материал — кандидат для использования в спинтронике. Прежде, чем будут проводить исследования спинтронных свойств данной системы, необходимо исследовать ее структурные характеристики. Стоит отметить также, что уменьшение размеров элементарных полупроводниковых приборов на кристалле, когда в качестве техпроцесса используется литография (на данный момент только начинается разработка 32 нм техпроцесса), упирается в физические принципы самого метода, не позволяющие дешево и/или существенно уменьшить физический размер элементарного полупроводникового прибора. Поэтому, в качестве новой технологии предлагается технология самосборки приборов, часто — на поверхности полупроводников. Таким образом, исследование системы марганец (адсорбат) — поверхность кремния является обязательным этапом в комплексном изучении системы Мп/Э1 для дальнейшего развития фундаментальной науки и решения практических задач.
Целью диссертационной работы являлось определение механизмов формирования тонких пленок и наноструктур в системе Мп/81(111), как функций условий роста. Для этого предполагалось решить следующие основные задачи:
1. Исследовать рост поверхностных фаз и тонких пленок в системе Мп/81(111) в условиях, близких к равновесным (при относительно низких скоростях напыления Мп 0,154-0,30монослоя/мин).
2. Исследовать особенности формирования границы раздела Мп/81(111) в неравновесных условиях (при относительно высокой скоростях напыления Мп 1,34-2,4 МС/мин и комнатной температуре подложки).
3. Определить условия формирования в системе Мп/81(111) различных наноструктур (атомных кластеров и их массивов, двумерных и трехмерных наноостровков).
Научная новизна работы. Работа содержит новые экспериментальные и методические результаты, наиболее важные из которых следующие:
1. Экспериментально определено влияние условий роста на формирование границы раздела Мп/81(111) в широком диапазоне скоростей напыления Мп, температур подложки и количества напыленного марганца.
2. С помощью метода сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) исследовано формирование пленки марганца при покрытиях <1МС на поверхности 81(111)7x7 при комнатной температуре (КТ).
3. Проведено исследование роста наноразмерных структур марганца на 31(111)7x7 при покрытиях 0,05-7-0,30 МС и температурах отжига 320-т-550°С.
4. Обнаружено формирование ранее неизвестных структур Мп-81 на поверхности 81(111)7x7: кольцевые кластеры марганца и поверхностная фаза 81(111)7x7 с замещением адатомов на атомы Мп.
5. На основе полученных экспериментальных данных предложена модель структуры 10-атомного пирамидального кластера Мп на 81(111)7x7.
Практическая ценность. В ходе проведения исследований были испытаны технологические приемы роста и определены условия формирования тонких пленок марганца и силицида марганца, а также различных наноструктур на их основе (атомных кластеров и наноостровков). Эти данные могут быть применены для создания элементной базы для спинтроники с использованием сверхвысоковакуумных технологий кремния.
Предложенная по результатам исследований модель атомных кластеров марганца на 31(111)7x7 может служить отправной точкой для проведения теоретических расчетов, направленных на оценку пригодности массива таких кластеров в качестве квантовых объектов на поверхности.
Обнаруженное при проведении исследований замещение части адатомов кремния в структуре 31(111)7x7 на атомы марганца, а также зависимость электронной плотности таких атомов Мп от занимаемого ими положения, может быть использовано для создания сверхтонких магнитных полупроводников или элементов памяти в электронных устройствах.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Формирование границы раздела Мп/81(111) при относительно низкой скорости напыления марганца 0,15^0,30 МС/мин (т.е., в условиях, близких к равновесным) приводит к последовательному образованию поверхностных фаз: З1(111)7х7-Мп при покрытии Мп 0,2 МС и 31(111)1 х1-Мп при 1-=-1,5МС. При дальнейшем напылении Мп при комнатной температуре наблюдается послойный рост пленки марганца, а при температуре 350°С происходит формирование силицида МпЭ! со структурой уДхуД на поверхности.
2. Формирование границы раздела Мп/31(111) при неравновесных условиях (высокая скорость напыления 1,Зч-2,4МС/мин при комнатной температуре образца) не приводит к образованию поверхностных фаз, а на поверхности формируются атомные кластеры без четко выраженной структуры («аморфные» атомные кластеры) и трехмерные наноостровки.
3. Отжиг поверхности Мп/31(111)7х7, содержащей 0,05-^1,0МС Мп, в диапазоне температур 320^-450° С приводит к формированию двух видов атомных кластеров, имеющих четко выраженную структуру («кристаллических» кластеров); более крупных трехмерных островков; а также плоских двумерных островков силицида со структурой л/Зхл/З на поверхности. Кристаллические атомные кластеры первого типа имеют пирамидальную форму и состоят из атомов Мп. Кластеры второго типа — это кольцевые кластеры, имеющие диаметр 7 А и центр в положении Тх.
4. При температуре 550°С атомные кластеры нестабильны, на поверхности формируются только плоские двумерные островки силицида со структурой л/Зхл/З, а в поверхностной структуре подложки 31(111)7x7 происходит частичное замещение адатомов кремния на атомы марганца.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на конференциях и научных семинарах:
1. Летний ежегодный региональный Научный семинар Физического общества Японии для студентов, аспирантов и молодых ученых в префектурах районов Чюгоку и Сайгоку (Ямагучи Университет, г. Ямагучи, Япония, 2-го августа 2003 г.)
2. Осенний ежегодный Научный семинар Физического общества Японии для стуг дентов, аспирантов и молодых ученых (Окаяма Университет, г. Окаяма, Япония, 20-23 сентября 2003 г.)
3. 7-ая Международная конференция по атомарно-контролируемым поверхностям, границам раздела и наноструктурам, ACSIN-7 (Новый общественный зал собраний префектуры Нара, г. Нара, Япония, 17-20 ноября 2003 г.)
4. 9-й Международный симпозиум по передовым физическим направлениям, ISAPF-9 (Национальный институт материаловедения, г. Цукуба, Япония, 1-4 марта 2004 г.)
5. 12-ая Международная конференция по пленкам и поверхностям твердого тела, ICSFS-12 (Конгресс-центр, г. Хамамацу, Япония, 21-25 июня 2004 г.)
6. 9-ая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, ПДММ-2005 (Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, г. Владивосток, Россия, 18-21 мая 2005 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи в научных журналах и 6 тезисов докладов, представленных на молодежных, региональных и международных конференциях и семинарах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов работы, списка цитируемой литературы и одного приложения. Общий объем диссертации составляет 126 страниц, включая 46 рисунков, список литературы из 115 наименований и, в качестве приложения, — список сокращений, используемых в тексте, из 1 листа.
Общие выводы
Используя методы электронной оже-спектроскопии, дифракции медленных электронов, спектроскопии характеристических потерь энергии электронами и сканирующей туннельной микроскопии было проведено исследование механизмов формирования тонких пленок и наноструктур в системе Мп/35(111), как функций условий роста. На основе результатов проведенных исследований были сделаны следующие выводы:
1. Установлено, что формирование системы Мп/31(111) при относительно низкой скорости напыления 0,154-0,30 МС/мин (условия, близкие к равновесным) в'диа-пазоне от комнатной температуры до 350°С приводит к последовательному образованию двух поверхностных фаз: З1(111)7х7-Мп (при покрытии Мп 0,2МС) и 31(111)1 х1-Мп (14-1,5 МС). При дальнейшем напылении Мп при комнатной температуре наблюдается послойный рост пленки марганца, а при температуре 350°С происходит формирование силицида МпБ1 со структурой \/Зх\/3 на поверхности. Однократное напыление такого же количества Мп и отжиг при 350°С также приводит к образованию пленки силицида Мп31, но более низкого структурного качества.
2. При относительно высокой скорости напыления (1,34-2,4 МС/мин) и комнатной температуре (неравновесные условия) образование поверхностных фаз не наблюдается, а на поверхности формируются атомные кластеры без четко выраженной структуры («аморфные» атомные кластеры). При скорости напыления 2,4 МС/мин кластеры равномерно заполняют все элементарные ячейки подложки Si(lll)7x7 таким образом, что при покрытии 1 МС на поверхности образуется непрерывный упорядоченный массив атомных кластеров. При скорости напыления 1,ЗМС/мин на поверхности кроме атомных кластеров формируются более крупные трехмерные островки.
3. Обнаружено, что отжиг системы Mn/Si(lll)7x7, содержащей 0,05+1,0МС Мп, в диапазоне температур 320+450°С приводит к формированию следующих структур на поверхности: два типа атомных кластеров с четко выраженной структурой («кристаллические» кластеры); более крупные трехмерные наноостровки; плоские двумерные островки моносилицида марганца со структурой л/Зхл/З на поверхности.
4. «Кристаллические» кластеры первого типа — пирамидальные кластеры — формируются преимущественно при температуре 320°С и малых покрытиях (О,О5МС<0мп<О,ЗМС). Пирамидальный кластер содержит ~10 атомов Мп и, согласно предложенной структурной модели, имеет одиночный верхний атом и шестиатомное треугольное основание. Кластеры второго типа — кольцевые кластеры — формируются при покрытиях >0,1 МС и обладают большей термической стабильностью. Кольцевой кластер имеет диаметр 7 А и центр в положении Tj.
5. Показано, что отжиг поверхности Mn/Si(lll)7x7 при температуре 550°С приводит к распаду атомных кластеров. На поверхности формируются только плоские двумерные наноостровки MnSi со структурой л/Зху/З на поверхности, а в поверхностной структуре подложки Si(lll)7x7 происходит частичное замещение адато-мов кремния на атомы марганца.
1. Валиев К.А., Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. — Москва, Ижевск: РХД, 2004. — 320 с.
2. Zutic /., Fabian J., Sarma S. Das. Spintronics: Fundamentals and applications. // Rev. Mod. Phys. 2004. - V. 76, N. 2. — P. 323-410.
3. Arantes J.Т., da Silva A.J.R., Fazzio A., Antonelli A. Theoretical investigation of a Mn-doped Si/Ge heterostructure. // Phys. Rev. B. — 2007. — V. 75, N. 7. — P. 075316-1-075316-4.
4. Wu H., Kratzer P., Scheffler M. Density-Functional Theory Study of Half-Metallic Heterostructures: Interstitial Mn in Si. // Phys. Rev. Lett. — 2007. — V. 98, N. 11.1. P. 117202-1-117202-4.
5. Hortamani M., Kratzer P., Scheffler M. Density-functional study of Mn monosilicide on the Si(lll) surface: Film formation versus island nucleation. // Phys. Rev. B. — 2007. V. 76, N. 23. - P. 235426-1-235426-9.
6. Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова
7. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
8. Stepanyuk V.S., Hergert W., Wildberger К., Nayak S.K., Jena P. Magnetic bistability of supported Mn clusters. // Surf. Sci. — 1997. — V. 384, N. 1-3. P.L892-L895.
9. Hiraki A., Shuto K., Kim S., Kammura W., Iwami M. Room-temperature interfacial reaction in Au-semiconductor systems. // Appl. Phys. Lett. — 1977. — V. 31, N. 9. — P. 611-612.
10. Hiraki A., Nicolet M.A., Mayer J.W. Low-temperature migration of silicon in thin layers of gold and platinum. // Appl. Phys. Lett. 1971. — V. 18, N. 5. — P. 178-181.
11. Iwami M., Kim S., Kammura W., Hiraki A. Origin of Si(LMM) Auger Electron Emission from Silicon and Si-Alloys by keV Ar+ Ion Bombardment. // Jpn. J. Appl. Phys. 1980. - V. 19, N. 9. — P. 1627-1632.
12. Tu K.N. and Mayer J. W. Chapter 10. Silicide Formation. / In Poate J.M., Tu K.N., Mayer J.W., editors. Thin Films Inter-diffusion and Reactions. — New York: Wiley Interscience, 1978. — P. 359-405.
13. Ottaviani G. Review of binary alloy formation by thin film interactions. //J. Vac. Sci. Technol. — 1979. — V. 16, N. 5. — P. 1112-1119.
14. Hiraki A. Low temperature reactions at Si/metal interfaces; What is going on at the interfaces? // Surf. Sci. Rep. 1983. - V. 3, N. 7. - P. 357-412.
15. Berling D., Gewinner G., Hanf M.C., Hricovini K., Hong S., Loegel B., Mehdaoui A., Pirri C., Tuilier M.H., Wetzel P. Magnetic properties of epitaxial Fe(SiixFex) films grown on Si(lll). // J. Magn. Magn. Mater. — 1999. V. 191, N. 3. — P. 331-338.
16. Kushida K., Hattori K., Arai S., Iimori T., Komori F. Initial stage of Ag growth on Ge(OOl) surfaces at room temperature. // Surf. Sci. — 1999. — V. 442, N. 2. — P. 300-306.
17. Lee G., Cho E.-J., Park Y., Cho S., Lee H.-G. Surface reactivity of the alkali-metal-induced Ge(lll)-3x 1 surface under ultrahigh vacuum. // Surf. Sci. — 2002. — V. 501, N. 1-2. P. L177-L183.
18. Zhang H.M., Sakamoto K., Uhrberg R.I. G. Surface electronic structures of Au-induced reconstructions on the Ag/Ge(lll)\/3x y/3 surface. // Surf. Sci. — 2003. — V. 532-535. — P. 934-939.
19. Ernst W., Tegenkamp C., Pfniir H., Jonas K.-L., Von Oeynhausen V., Meiwes-Broer K.H. The structure of Na adsorbed on Ge(100) and its influence on substrate morphology. // Surf. Sci. 2003. - V. 540, N. 2-3. — P. 303-312.
20. Jurczyszyn L., Ortega J., Peter R., Flores F. Surface geometry and STM image of the Sn/Ge(lll)-3x3 reconstruction. // Surf. Sci. — 2001. — V. 482-485, N. 2. — P.1350-1354.
21. Evans M.M.R., Han B. Y, Weaver J.H. Ag films on GaAs(llO): dewetting and void growth. // Surf. Sci. 2000. - V. 465, N. 1-2. — P. 90-96.
22. Monteverde F., Michel A., Guerin Ph., Eymery J.-P. Epitaxial growth of Fe on GaAs by ion beam sputtering. // Surf. Sci. — 2001. — V. 482-485, N. 2. — P. 872-877.
23. Gavioli L., Padovani M., Spiller E., Sancrotti M., Betti M.G. Potassium assembled on the InAs(llO) surface: from nanowires to two-dimensional layers. // Appl. Surf. Sci. 2003. - V. 212-213. — P. 47-51.
24. Schieffer P., Lepine B., Jezequel G. Substrate disruption and surface segregation for Fe/InAs(001). 11 Surf. Sci. 2002. - V. 497, N. 1-3. - P. 341-348.
25. Clotet A., Ricart J.M., Illas F. Physical mechanisms responsible for core-level shifts of alkali metals adsorbed on Si(lll). // Surf. Sci. — 1996. — V. 364, N. 1. — P. 89-98.
26. Ishikawa D., Yuhara J., Ishigami R., Soda K., Morita K. The interaction of Cu atoms with the Si(lll)-\/3 x \/3-Ag surface. // Surf. Sci. 1996. - V. 357-358. -P. 432-435.
27. Saranin A.A., Zotov A.V., Ignatovich K.V., Lifshits V.G., Numata T., Kubo 0., Tani H., Katayama M., Oura K. Structural model for the Si(lll)-4x 1-In reconstruction. /'/ Phys. Rev. B. — 1997. V. 56, N. 3. - P. 1017-1020.
28. Mazur P. Photoemission study of alkali halide/Si and alkali halide/LiBr interfaces. // Vacuum. 1997. - V. 48, N. 3-4. - P. 309-311.
29. Saranin A.A., Zotov A. V., Lifshits V.G., Katayama M., Oura K. Recent development of STM for the determination of the metal/silicon surface phase composition. // Phys. Low-Dim. Struct. 1998. — V. 11-12. — P. 65-84.
30. Takahashi Y., Minoda H., Tanishiro Y., Yagi K. Cu induced step bunching on a Si(lll) vicinal surface studied by reflection electron microscopy. // Surf. Sci. — 1999. — V. 433-435. P. 512-516.
31. De Pablos P.F., García-Vidal F.J., Flores F., De Andres P.L. A comparison between BEEM currents on Au/Si(lll) and Au/Si(100): inelastic and geometrical effects. // Surf. Sci. 2001. - V. 482-485, N. 1. - P. 430-436.
32. Kotlyar V.G., Zotov A. V., Saranin A.A., Kasyanova T.V., Cherevik M.A., Bekhtereva O.V., Katayama M., Oura K., Lifshits V.G. Magic nanoclusters of group III metals on Si(100) surface. // e-J. Surf. Sci. Nanotech. — 2003. V. 1. - P. 33-40.
33. Yamanaka T. Atomic depth distribution analysis and growth dynamics of metals on metal-covered Si(lll) surfaces studied by incident-angle-dependent RHEED-TRAXS. // e-J. Surf. Sci. Nanotech. — 2003. — V. 1. — P. 91-101.
34. Vasco E., Polop C., Rodríguez-Cañas E. Aggregation mechanisms in the adsorption of metals on Si(lll)7x7. // Phys. Rev. B. 2003. — V. 67, N. 23. — P. 235412-1235412-10.
35. Auer P.P., Monch W. Cleaved Si(lll) surfaces: geometrical and annealing behaviour. // Surf. Sci. 1979. - V. 80, N. 1. - P. 45-55.
36. Haneman D., Rownd J. J., Lagally M.G. Measurement of conversion temperatures for Si(lll)2 x 1. 11 Surf. Sci. 1989. - V. 224, N. 1-3. - P.L965-L968.
37. Wan K.J., Lin X.F., Nogami J. Surface reconstructions in the Ag/Si(lll) system. // Phys. Rev. B. 1993. — V. 47, N. 20. - P. 13700-13712.
38. Dumas Ph., Humbert A., Mathieu G., Mathiez P., Mouttet C., Rolland R., Salvan F., Thibaudau F. Summary Abstract: Scanning tunneling microscopy studies on Au/Si(lll) interfaces. // J. Vac. Sci. Technol. A. — 1988. — V. 6, N. 2. — P. 517-518.
39. Tomimatsu S., Hasegawa T., Kohno M., Hosoki S. Cu film growth on a Si(lll) surface studied by scanning tunneling microscopy. // Jpn. J. Appl. Phys. — 1996. — V. 35, N. 6B. — P. 3730-3733.
40. Salvan F., Thibaudau F., Dumas Ph. STM studies of metal-semiconductor interface formation. // Appl. Surf. Sci. — 1989. — V. 41-42. — P. 88-96.
41. Nogami J., Park S., Quate C.F. Behavior of indium on the Si(lll)7x7 surface at low-metal coverage. //J. Vac. Sci. Technol. B. — 1988. — V. 6, N. 4. — P. 1479-1482.
42. Saranin A.A., Zotov A.V., Tovpik A.N., Cherevik M.A., Chukurov E.N., Lifshits V.G., Katayama M., Oura K. Composition and atomic structure of the Si(lll)\/3lx \/3lTn surface. // Surf. Sci. 2000. — V. 450, N. 1-2. - P. 34-43.
43. Zotov A. V., Saranin A.A., Kubo O., Harada T., Katayama M., Oura K. Quantitative STM investigation of the phase formation in submonolayer In/Si(lll) system. // Appl. Surf. Sci. 2000. — V. 159-160. — P. 237-242.
44. Li J.-L., Jia J.-F., Liang X.-J., Liu X., Wang J.-Zh., Xue Q.-K., Li Zh.-Q., Tse J.S., Zhang Zh., Zhang S.B. Spontaneous assembly of perfectly ordered identical-size nanocluster arrays. // Phys. Rev. Lett. — 2002. — V. 88, N. 6. — P. 066101-1-066101-4.
45. Kotlyar V.G., Zotov A.V., Saranin A.A., Kasyanova T.V., Cherevik M.A., Pisarenko I. V., Lifshits V.G. Formation of the ordered array of A1 magic clusters on Si(lll)7x7. 11 Phys. Rev. B. 2002. - V. 66, N. 16. - P. 165401-1-165401-4.
46. Lai M.Y., Wang Y.L. Self-organized two-dimensional lattice of magic clusters. // Phys. Rev. B. 2001. - V. 64, N. 24. - P. 241404-1-241404-4.
47. Xie Zh.-X., Iwase K., Egawa T., Tanaka K. Formation of a suprahoneycomb compound of Zn3 cluster on a Si(lll)-(7x7) surface. // Phys. Rev. B. — 2002. — V. 66, N. 12. P. 121304-1-121304-4.
48. Vitali L., Ramsey M.G., Netzer F.P. Nanodot formation on the Si(lll)-(7x7) surface by adatom trapping. // Phys. Rev. Lett. — 1999. — V. 83, N. 2. — P. 316-319.
49. Prokes S.M., Glembocki O.J., Carlos W.E., Kennedy T.A. The study of magnetism of Mn clusters on Si surfaces. // Appl. Surf. Sci. — 2003. — V. 214, N. 1-4. — P. 103-108.
50. Wu H., Hortamani M., Kratzer P., Scheffler M. First-principles study of ferromag-netism in epitaxial Si-Mn films on Si(001). 11 Phys. Rev. Lett. 2004. — V. 92, N. 23. — P. 237202-1-237202-4.
51. Ma L., Zhao J., Wang J., Wang B., Wang G. Magnetic properties of transition-metal impurities in silicon quantum dots. // Phys. Rev. B. — 2007. — V. 75, N. 4. — P. 045312-1-045312-8.
52. Takeguchi M., Wu Yu., Tanaka M., Furuya K. In situ UHV-TEM observation of the direct formation of Pc^Si islands on Si(lll) surfaces at high temperature. // Appl. Surf. Sei. 2000. - V. 159-160. - P. 225-230.
53. Sasaki H., Tanaka A., Kuriyama Y., Nagasawa T., Takcda Yu., Suzuki Sh., Sato Sh., Nagase T. Angle-resolved photoemission study of CoSi2 nanofilms grown on Si(lll) substrates. // Solid State Comm. — 2004. — V. 129, N. 2. — P. 91-95.
54. Gregoratti L., Günther S., Kovac J., Marsi M., Kiskinova M. Intermediate phases and mass transport during interaction of a thin Ni film with a laterally heterogeneous Ni-Si(lll) interface. // Surf. Sei. 1999. - V. 439, N. 1-3. - P. 120-130.
55. Ezoe K., Yamamoto T., Ishii K., Matsumoto S. The effect of elevated silicon substrate temperature on TiSi2 formation from a Ti film. // Thin Solid Films. — 2000. — V. 369, N. 1-2. P. 244-247.
56. Wetzel P., Saintenoy S., Pirri C., Bolmont D., Gewinner G., Roge T.P., Palmino F., Savall C., Labrune J.C. STM investigation of 2- and 3-dimensional Er disilicide grown epitaxially on Si(lll). // Surf. Sei. — 1996. V. 355, N. 1-3. - P. 13-20.
57. Takeguchi M., Liu J., Zhang Q., Tanaka M., Furuya K. In situ ultrahigh vacuum transmission electron microscopy studies of palladium silicide island formation on silicon (111) 7x7 surface. // Thin Solid Films. 2003. - V. 424, N. 1. - P. 2832.
58. Parikh S.A., Lee M. Y., Bennett P.A. Transition metal induced ring-cluster structures on Si(lll). // J. Vac. Sei. Technol. A. — 1995. V. 13, N. 3. - P. 1589-1594.
59. Yao Т., Shinabe S., Yoshimura M. Atomistic study of the formation process of Ni silicide on the Si(lll)-7x7 surface with scanning tunneling microscopy. // Appl. Surf. Sci. 1996. - V. 104-105, N. 1. - P. 213-217.
60. Parikh S.A., Lee M.Y., Bennett P.A. Formation conditions and atomic structure of the Si(lll)-sgril9 Ni surface. // Surf. Sci. 1996. — V. 356, N.'l-3. — P. 53-58.
61. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 2: Даффа-Меди / Под ред. И.Л. Кнунянц — М.: Советская энциклопедия, 1990. — 671 с.
62. Aristov V.Yu., Batov I.E., Grazhulis V.A. Low temperature LEED and electronic conductivity measurements for cleaved Si(lll) surfaces. // Surf. Sci. — 1983. — V. 132, N. 1-3. P. 73-81.
63. Binning G., Rohrer H., Gerber Ch., Weibel E. (7 x 7) reconstruction on Si(lll) resolved in real space. // Phys. Rev. Lett. — 1983. — V. 50, N. 2. — P. 120-123.
64. Takayanagi K., Tanishiro Y., Takahashi S., Takahashi M. Structure analysis of Si(lll)—7 x 7 reconstructed surface by transmission electron diffraction. // Surf. Sci. 1985. - V. 164, N. 2-3. — P. 367-392.
65. Huang H., Tong S. Y., Packard W.E., Webb M.B. Atomic geometry of Si(lll) 7x7 by dynamical low-energy electron diffraction. // Phys. Lett. A. — 1988. — V. 130, N. 3. P. 166-170.
66. Ichimiya A. RHEED intensity analysis of Si(lll)—7 x 7 at one-beam condition. // Surf. Sci. 1987. - V. 192, N. 2-3. - P.L893-L898.
67. Durbin S.M., Berman L.E., Batterman B. W., Blakely J.M. Measurement of the silicon (111) surface contraction. // Phys. Rev. Lett. — 1986. — V. 56, N. 3. — P. 236-239.
68. Robinson I.K., Vlieg E. X-ray reflectivity study of the Si(lll)7 x 7 surface. // Surf. Sci. 1992. - V. 261, N. 1-3. - P. 123-128.
69. Brommer K.D., Needels M., Larson B.E., Joannopoulos J.D. Ab initio theory of the Si(lll)-(7x7) reconstruction: a challenge for massively parallel computation. // Phys. Rev. Lett. 1992. - V. 68, N. 9. - P. 1355-1358.
70. Ahn J.R., Yoo K., Seo J.T., Byun J.H., Yeom H.W. Electronic states of two-dimensional adatom gas and nanocluster array: Na on Si(lll)7x7. // Phys. Rev. B. 2004. - V. 72, N. 11. - P. 113309-1-113309-4.
71. Zhang Y.P., Yang L., Lai Y.H., Xu G.Q., Wang X.S. Formation of ordered two-dimensional nanoclusters of Cu on the Si(lll)-(7x7) surface. // Surf. Sei. — 2003. — V. 531, N. 3. P. L378-L382.
72. Kotlyar V.G., Saranin A.A., Zotov A.V., Kasyanova T.V. Thallium overlayers on Si(lll) studied by scanning tunneling microscopy. // Surf. Sei. — 2003. — V. 543, N. 1-3. — P. L663-L667.
73. Zilani M.A.K., Sun Y.Y., XuH., Liu L., Feng Y.P., Wang X.-S., Wee A.T.S. Reactive Co magic cluster formation on Si(lll)-(7x7). // Phys. Rev. B. — 2005. — V. 72, N. 19.- P. 193402-1-193402-4.
74. Utas O.A., Utas T.V., Kotlyar V.G., Zotov A. V., Saranin A.A., Lifshits V.G. STM study of the early stages of the Cr/Si(lll) interface formation. // Surf. Sei. — 2005.- V. 596, N. 1-3. P. 53-60.
75. MacLeod J.M., Psiachos D., Stott M.J., McLean A.B. Indium clusters on the Ge(5x5) wetting layer of Si(lll)-7x7. // Phys. Rev. B. 2006. — V. 73, N. 24. — P. 2413061-241306-4.
76. Vasco E. Mechanisms of preferential adsorption on the Si(lll)7x7 surface. // Surf. Sei. 2005. - V. 575, N. 3. - P. 247-259.
77. Tsai M.-H., Dow J.D., Bennett P.A., Cahill D.G. Electronic structure and stability of ring clusters in the Si(lll)-(v/7 x V7)Co surface. // Phys. Rev. B. — 1993. — V. 48, N. 4. P. 2486-2492.
78. Wilson R.J., Chiang S. Surface modifications induced by adsorbates at low coverage: a scanning-tunneling-microscopy study of the Ni/Si(lll)\/l9 surface. // Phys. Rev. Lett. 1987. — V. 58, N. 24. — P. 2575-2578.
79. Bennett P.A., Copel M., Cahill D., Falta J., Tromp R.M. Ring clusters in transition-metal-silicon surface structures. // Phys. Rev. Lett. — 1992. — V. 69, N. 8. — P. 12241227.
80. Phaneuf R.J., Bennet P.A., MarsiM., Giinther S., Gregoratti L., CasalisL., Kiskinova M. Equilibration of ring-cluster surface phases and silicide islands for Co adsorbed on Si(lll). 11 Surf. Sci. — 1999. — V. 431, N. 81-3. P. 232-241.
81. Saranin A.A., Lifshits V.G., Ignatovich K.V., Bethge H., Kayser R., Goldbach H., Klust A., Wollschlager J., Henzler M. Restructuring process of the Si(lll) surface upon Ca deposition. // Surf. Sci. 2000. — V. 448, N. 2-3. - P. 87-92.
82. Hite D.A., Tang S.-J., Sprunger P. T. Reactive epitaxy of beryllium on Si(lll)-(7x7). 11 Chein. Phys. Lett. — 2003. — V. 367, N. 1-2. P. 129-135.
83. Hwang I.-S., Ho M.-S., Tsong T.-T. Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(lll) surfaces: Si magic clusters and their role. //J. Phys. Chem. Solids. — 2001. — V. 62, N. 9-10. — P. 1655-1671.
84. Hwang I.-S., Ho M.-S., Tsong T.-T. Dynamic behavior of Si magic clusters on Si(lll) surfaces. // Surf. Sci. 2002. - V. 514, N. 1-3. — P. 309-318.
85. Ho M.-S., Hwang I.-S., Tsong T.T. Formation of Si clusters and their role in homoepitaxial growth on Si(lll)-7x7 surfaces. // Surf. Sci. — 2004. — V. 564, N. 1-3.- P. 93-107.
86. Zou Z.-Q., Wang H., Wang D., Wang Q.-K., Mao J.-J., Kong X.-Y. Epitaxial growth of manganese silicide nanowires on Si(lll)-7x7 surfaces. // Appl. Phys. Lett. — 2007.
87. V. 90, N. 13. P. 133111-1-133111-3.
88. Kawamoto S., Kusaka M., Hirai M., Iwami M. Nonmetal to metal phase transition in the Mn/Si(lll)7 x 7 system. 11 Surf. Sci. 1991. - V. 242, N. 1-3. - P. 331-334.
89. Evans M.M.R., Glueckstein J.C., Nogami J. Epitaxial growth of manganese on silicon: Volmer-Weber growth on the Si(lll) surface. // Phys. Rev. B. — 1996. — V. 53, N. 7.1. P. 4000-4004.
90. Nagao T., Ohuchi S., Matsuoka Y., Hasegawa S. Morphology of ultrathin manganese silicide on Si(lll). // Surf. Sci. — 1999. — V. 419, N. 2-3. P. 134-143.
91. Zhang Q., Tanaka M., Takeguchi M., Furuya K. Analytical UHV transmission electron microscopy studies of electronic structure changes between as-deposited Mn and Mn silicide on Si(lll) surface. // Surf. Sci. 2002. — V. 507-510. - P. 453-457.
92. Zhang Q., Takeguchi M., Tanaka M., Furuya K. Structural observation of Mn silicide islands on Si(lll)7x7 surface with UHV-TEM. // J. Cryst. Growth. — 2002. — V. 237-239. P. 1956-1960.
93. Tanaka M., Zhang Q., Takeguchi M., Furuya K. In situ characterization of Mn and Fe silicide islands on silicon. // Surf. Sci. — 2003. — V. 532-535. P. 946-951.
94. Kumar A., Tallarida M., Hansmann M., Starke U., Horn K. Thin manganese films on Si(lll)-(7x7): electronic structure and strain in silicide formation. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2004. - V. 37, N. 7. — P. 1083-1090.
95. Wang D.-Y., Chen L.-J., He W., Zhan Q.-F., Cheng Z.-H. Preferential arrangement of uniform Mn nanodots on Si(lll)-7x7 surface. // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2006.1. V. 39, N. 2. P. 347-350.
96. Wang H., Zou Z.-Q. Self-organized growth of Mn nanocluster arrays on Si(lll)-(7x7) surfaces. // Appl. Phys. Lett. — 2006. — V. 88, N. 10. P. 103115-1-103115-3.
97. Bennett Р.А., Ashcroft В., He Zh., Tromp R.M. Growth dynamics of titanium silicide nanowires observed with low-energy electron microscopy. //J. Vac. Sci. Technol. B.- 2002. — V. 20, N. 6. P. 2500-2504.
98. Хге Т., Kimura A., Qiao S., Iori K., Miyamoto K., Taniguchi M., Pan M.H., Jia J.F., Xue Q.K. Soft X-ray spectroscopy study of Mn nanoclusters on Si(lll)-7x7 surface. // Physica B. 2004. — V. 351, N. 3-4. - P. 351-354.
99. Ctistis G., Deffke U., Schwinge K., Paggel J.J,, Fumagalli P. Growth of thin Mn films on Si(lll)-7x7 and Si(lll)-s/3xv^3:Bi. // Phys. Rev. B. — 2005. — V. 71, N. 3.1. P. 035431-1-035431-8.
100. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. — Москва: Мир, 1989. 564 с.
101. Зандерна А. Методы анализа поверхности. — Москва: Мир, 1979. — 582 с.
102. Joshi A. and Davis L.E. and Palmberg P. W. Chapter 5. Auger Electron Spectroscopy. / In Czanderna A. W., editor. Methods of Surface Analysis. — Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Co., 1975. — P. 159-221.
103. Davis L.E., MacDonald N.C., Palmberg P.W., Piach G.E., Weber R.E. Handdbookof Auger electron spectroscopy. — Minnesota: Physical Electronic Industries Inc.: Eden Prairie, 1976. — 252 p.
104. Киттелъ Ч. Введение в физику твердого тела. — Москва: Наука, 1978. — 792 с.
105. Ibach Н., Mills D.L. Electron energy loss spectroscopy and surface vibrations. — New York: Academic, 1982. — 366 p.
106. Бахтизин Р.З. Сканирующая туннельная микроскопия — новый метод изучения поверхности твердых тел. // Соросовский образовательный журнал. — 2000. — V. 6, N. 11. Р. 1-7.
107. Scanning tunneling microscopy II, 2-nd Edition. / Giintherodt H.-J. and Wiesendanger R., editors. — Berlin: Springer-Verlag, 1992. — 350 p.
108. Tanuma S., Powell C.J., Penn D.R. Proposed formula for electron inelastic mean free paths based on calculations for 31 materials. // Surf. Sci. Lett. — 1987. — V. 192, N. 1. P. L849-L857.
109. Edwards D.F. Silicon (Si). / In Palik E.D., editor. Handbook of optical constants of solids. — Orlando: Academic Press, Inc., 1985. — P. 552-570.
110. Mattox D.M. Vacuum deposition, reactive evaporation, and gas evaporation. / In Cotell C.M., Sprague J.A., Smidt F.A. Jr., editors. ASM handbook. Volume 5 — Surface Engineering. — USA: ASM International, 1996. — P. 556-572.
111. Я3 — гексагональная позиция на поверхности с тремя соседними атомамисм. с. 19)
112. Т\ — тетрагональная позиция на поверхности с одним соседним атомомсм. с. 19)
113. Ti — тетрагональная позиция на поверхности с четырьмя соседними атомами (см. с. 19)
114. ДВЭ — дифракция быстрых электронов на отражение
115. ДМЭ — дифракция медленных электронов
116. КК — кольцевой кластер (см. с. 23)
117. KT — комнатная температура (обычно, у подложки в момент напыленияна нее адсорбата)
118. MC — монослой, количественная единица (см. с. 12)1. ПФ — поверхностная фаза
119. СВВ — сверхвысоковакуумныйобычно используется в сочетании типа: « СВВ-камера»)
120. СТМ — сканирующая туннельная микроскопия
121. СХПЭЭ — спектроскопия характеристических потерь энергии электронами
122. ЭОС — электронная оже-спектроскопия
