Исследование адсорбции In, Al, Co, Cu и Au на реконструированных поверхностях Si(100) и Si(111) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Олянич Дмитрий Александрович

Исследование адсорбции 1п, А1, Со, Си и Аи на реконструированных поверхностях 81(100) и 81(111)

Специальность - 01.04.07 Физика конденсированного состояния

1 2 ссп

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Владивосток 2009

003482896

Работа выполнена в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Осуховский Валерий Эдуардович

Защита состоится 27 ноября 2009 г. в 14:30 на заседании диссертационного совета Д.212.056.08 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук при Дальневосточном государственном университете по адресу: 690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеки Дальневосточного государственного университета.

Автореферат разослан 23 октября 2009 г.

Ученый секретарь

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

профессор

Чеботкевич Людмила Алексеевна

кандидат физико-математических наук, доцент

Иванов Юрий Павлович

Ведущая организация: Институт физики полупроводников,

г.Новосибирск

диссертационного совета к.ф.-м.н.

СоппаИ.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. Усиливающаяся тенденция к миниатюризации полупроводниковых приборов, наблюдаемая в настоящее время в электронной промышленности, вызвала повышенный интерес к исследованиям поверхностей полупроводников и наноразмерным объектам, формирующихся на этих поверхностях. С уменьшением размеров элементов интегральных схем, процессы, происходящие на поверхности, начинают играть все большую роль.

На сегодняшний день известны различные методы получения нанообъек-тов на поверхностях (литографии, молекулярно-лучевая эпитаксия, химический синтез и т.д.) [1]. Одним из перспективных методов считается самосборка, в котором, путём создания определенных условий, система сама стремиться к формированию определенных наноструктур. В случае использования метода самосборки для создания наноструктур на поверхностях полупроводников, помимо традиционных макроскопических параметров (температура подложки, давление паров и другие «ростовые» параметры) необходимо учитывать и многие параметры подложки.

Физика поверхности полупроводников более чем за 30 лет своего существования накопила огромный багаж знаний о поверхностных реконструкциях [2]. Известно более 300 субмонослойных реконструкций на кремнии, полученных адсорбцией практически всех химических элементов Периодической системы [3]. Однако, эти знания носят преимущественно фундаментальный характер. С практической точки зрения, формирование на поверхности реконструкций кардинально меняет такие свойства поверхности, как периодичность, расположение адсорбционных позиций, морфологию и многие другие. Использование субмонослойных реконструкций, в качестве модификаторов поверхности открывает новые возможности в исследовании процессов самосборки, ведущих к получению новых наноматериалов с уникальными физико-химическими свойствами.

В данной работе исследовались процессы формирования нанообъектов при адсорбции элементов 1п, А1, Си, Аи и Со на модифицированных поверхностях 31(111) и 81(100). Нанообъекты, полученные из данных материалов в будущем могут быть использованы для создания новой элементной базы на-ноэлектроники. Так, нанопленки Аи и Си обладают высокой электрической проводимостью, что позволяет рассматривать их в качестве основы для создания токопроводящих элементов. Уменьшение характерных размеров таких структур без существенного ухудшения электро-физических характеристик является актуальной задачей. Кроме того, островки Аи уже в настоящее

время применяют в качестве инициаторов роста полупроводниковых виске-ров [4]. Уменьшение диаметра вискеров (создание нановискеров) невозможно без уменьшения размеров островков Аи. Металлические наноостровки так же могут проявлять каталитическую активность (окисление СО и др.) даже в тех случаях, когда объемный материал такой активностью не обладает. Кобальт выбран в качестве исследуемого материала из-за своих магнитных свойств. Выбор 1п и А1 обусловлен применением их в полупроводниковой промышленности в качестве легирующих примесей.

В данной работе модифицированными поверхностями выступали образцы 81(100) и 81(111) с созданными на них реконструкциями 81(111)5,55x5,55—Си и 81(100)с(4х12)-А1. Целью таких модификаций являлось изменение основных свойств поверхностей, приводящие к смене режима роста, предотвращающие перемешивание атомов адсорбата с атомами подложки, ориентирующее влияние и др. В отличие от толстых, зачастую многослойных, буферных слоев, выращиванием которых достигаются схожие цели в настоящее время, модификация поверхности субмонослойными реконструкциями призвана сохранить такие характеристики монокристаллической подложки, как низкая шероховатость, предсказуемые направления атомных ступеней и интервал между ними, высокое кристаллическое совершенство поверхности, низкая плотность дефектов и многое другое.

Наряду с формированием нанообъектов, возможность модификации атомной структуры самих поверхностных фаз также представляет значительный интерес. В данной работе это направление представлено исследованием влияния адсорбции атомов 1п и А1 на доменную структуру поверхностной фазы 81(111)а\/Зх\/3-Аи. Данная реконструкция обладает интересным свойством — высокой плотностью доменных стенок, которые при определенных условиях могут «растворятся» и конденсироваться в различные упорядоченные структуры. Это делает её уникальным объектом исследований самосборки на атомном уровне.

Целью диссертационной работы: является исследование влияния суб-монослойных поверхностных реконструкций на режимы роста металлов на поверхностях 81(100) и 81(111), и исследование взаимодействия доменных стенок реконструкции 81(111)сп/3 х ^З-Аи с атомами адсорбата.

Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Исследовать формирование наноструктур при адсорбции металлов (1п, Си, Аи и Со) на реконструированную поверхность Б1(100)с(4 х 12)—А1 при различных температурах осаждения.

2. Исследовать рост нанообъектов при адсорбции Си, Аи и Со на поверхностную фазу 31(111)5,55x5,55-Си.

3. Изучить влияние атомов 1п и А1 на атомную и доменную структуры поверхностной фазы З1(111)а\/Зх\/3-Аи.

Научная новизна работы. Работа содержит новые экспериментальные результаты, наиболее важные из которых следующие:

1. Установлено влияние поверхностной реконструкции З1(100)с(4х12)-А1 на формирования нанообъектов металлов (1п, Си, Аи и Со).

2. Экспериментально определен верхний предел энергии активации диффузии для атомов 1п, Си и Аи по поверхности З1(100)с(4х12)-А1.

3. Показана возможность создания наноструктур на основе Аи и Со модификацией поверхности 81(111) реконструкцией 81(111)5,55x5,55-Си.

4. Установлено влияние адсорбции атомов 1п и А1 на доменную структуру поверхностной фазы 31(111)-а\/3 х %/3~Аи.

Практическая значимость исследования. В ходе выполнения диссертационной работы было исследовано формирование металлических нано-островков 1п, Си, Аи и Со на реконструированной поверхности кремния З1(100)с(4х12)-А1. Подобраны экспериментальные условия, при которых возможно контролируемое формирование массива наноостровков указанных металлов. Рассчитан верхний предел энергии активации диффузии осаждаемых атомов. Полученная информация найдет применение при создании каталитически активных поверхностей [5], при формировании нановискеров, необходимых для создания многоострийных катодов, сверхострых зондов для зон-довой микроскопии [4] и т.д. В результате исследования адсорбции Си и Аи на поверхность 31(111)5,55x5,55-Си определены оптимальные условия формирования нанопленок золота и упорядоченного массива нанопроволок меди. Эти объекты могут быть использованы в будущем при разработке токопро-водящих элементов интегральных схем.

В результате исследования адсорбции атомов 1п и А1 на поверхностную фазу З1(111)а\/Зхл/3-Аи была показана возможность модификации доменной структуры поверхности. Такие процессы представляют интерес в плане расширения возможностей синтеза низкоразмерных материалов на поверхности.

Основные защищаемые положения.

1. Смена режима роста с послойного на островковый и ориентирующее влияние на рост островков In, Си и Au происходит при использовании в качестве зародышеобразующей поверхности Si(100)c(4xl2)-Al.

2. Энергия активации диффузии атомов Си на поверхности Si(100)-с(4х12)-А1 составляет 0,26±0,09эВ, энергия связи димера Си равна 1,4±0,4эВ. Для Си существует два режима зародышеобразования островков, критическая температура смены режимов роста составляет 245°С. Верхний предел энергии активации диффузии для атомов In и Au составляет 0,64±0,08эВ и 0,34±0,06эВ соответственно.

3. Рост нанопроволок Си и нанопленок Au происходит на поверхностной реконструкции Si(lll)5,55x5,55-Cu.

4. На плотность линейных дефектов поверхностной фазы Si(lll)a\/3x\/3-Au сильное влияние оказывает адсорбция In и А]. В случае осаждения In происходит полное растворение доменных стенок, в случае осаждения AI происходит упорядочение доменных стенок в периодическую структуру с образованием новых поверхностных реконструкций 3\/3х3\/3 и 2x2.

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

Международной школе-конференции молодых ученых «Физика и химия наноматериалов» 2005, г.Томск;

International Symposium on Surface Science and Nanotechnology ISSS-4, 2005, Omiya Sonic City, Saitama, Japan;

VII международной очно-заочной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых исследователей 2005, г. Владивосток;

IX, X, XI и XII Региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, 2005-2009;

7-й региональная научная конференция ФФПИО-7, 2007, г.Владивосток;

Седьмой и восьмой всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, СПбГПУ, С анкт- Петербург;

The Russia - Japan Seminar on Semiconductor Surfaces, 2006, 2008;

Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных по физике, ДВГУ, 2006, г.Владивосток;

Двенадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных ВНКСФ-12, 2006, г.Новосибирск;

The Eighth Japan - Russia Seminar on Semiconductor Surfaces, 2008, Sendai;

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 статей, в том числе 4 статьи в журналах входящих в Перечень изданий ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в активном участии в проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных и интерпретации полученных результатов. Вошедшие в диссертацию результаты отражают итоги исследований, проведенных автором в ИАПУ ДВО РАН совместно с группой сотрудников. Часть СТМ изображений с атомарным разрешением получена лично автором.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 157 страниц, включая 87 рисунков и список литературы из 129 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика диссертации, где обоснована актуальность темы, выбор методов и объектов исследования, сформулированы цель и выносимые на защиту положения, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе «Субмонослойные реконструкции и их применение для модификации поверхностей полупроводников» представлен литературный обзор, в котором приведены базовые сведения о поверхности кремния и ее модификациях, об атомном строении поверхностных фаз (ПФ) чистого кремния 31(100)2x1 и 31(111)7x7. Описаны поверхностные фазы й(100)с(4х12)-А1, 81(111)5,55x5,55—Си и 81(111)а\/Зхч/3-Аи, использованные как подложки для дальнейшего исследования осаждения металлов 1п, А1, Со, Си и Аи. Даны основные представления о теории зародышеобра-зования. Рассмотрены ранние работы по осаждению металлов на реконструированные поверхности.

Вторая глава «Экспериментальная установка и методы исследования» посвящена описанию основных методов исследования поверхности, таких как сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), электронная оже

спектроскопия (ЭОС) и дифракция медленных электронов (ДМЭ). В главе рассказано об аппаратуре и методике проведения экспериментов. Дано описание сверхвысоковакуумной камеры, в которой проводились эксперименты. Рассмотрены методика изготовления игл для СТМ, способы приготовления образцов и очистки поверхности.

Третья глава «Модифицирование режимов роста металлов на поверхности 81(100) формированием реконструкции 81(100)с(4х12)-

А1» посвящена изучению влияния реконструированной поверхности 81(100)с(4х12)-А1 (далее с(4х12)-А1) на процесс роста металлов 1п, Си, Аи и Со.

На рис. 1 представлены СТМ изображения, полученные после осаждения 1п на поверхность с(4х12)-А1 в диапазоне температур подложки от комнатной температуры (КТ) до 150°С. Начиная с КТ, атомы 1п собираются в маленькие островки беспорядочно распределенные на поверхности. Увеличение температуры роста приводит к укрупнению островков 1п и уменьшению их концентрации благодаря увеличению поверхностной подвижности атомов 1п. Рост при относительно высокой температуре подложки (150°С и выше), приводит к формированию островков большого размера. В этом случае СТМ изображения островков сильно искажены (рис. 1 г), вероятно из-за диффузии атомов 1п вдоль поверхности островка вызванной сильным электрическим полем иглы. Тщательное исследование реконструкции с(4х12)-А1 после осаждения 1п показало, что исходная поверхность не претерпевает каких-либо значительных изменений. Описанный рост 1п на с(4х12)-А1 контрастирует с ростом 1п на чистой поверхности 81(100) [6], в котором наблюдается послойный рост структуры 2х2-1п, а дальнейшая адсорбция приводит к формированию неупорядоченных островков произвольной формы.

Рис. 1. СТМ изображение заполненных состояний поверхности 81(100)с(4х12)-А1 после осаждения 0,7МС 1п при (а) КТ, (б) 50°С, (в) 100°С и (г) 150°С. Масштаб изображений 200х200нм2

Рост островков при адсорбции Си, Аи и Со на ПФ с(4х12)-А1 схож с ростом островков 1п. На рис. 2 представлены СТМ изображения массивов наноост-ровков после осаждения Си, Аи и Со при температуре 400°С.

В системах Си/с(4х12)-А1 и Аи/с(4х12)-А1 в диапазоне температур от КТ до 500°С, разрушения исходной реконструкции с(4х12)-А1 не происходило. Однако для системы Со/с(4х12)-А1, разрушение исходной поверхности вокруг островков можно наблюдать уже при температуре 400°С (вставка на рис. 2 в).

Используя кинетическую теорию зародышеобразования [7], был рассчитан верхний предел энергии активации диффузии для атомов 1п, Си и Аи на поверхности с(4х12)-А1. Для системы Со/с(4х12)-А1 эта теоретическая модель не применима вследствие реактивного характера адсорбции.

Из наклона кривых Аррениуса показанных на рис. 3 а, оценены верхние пределы энергии активации диффузии. Проведено сравнение полученных значений с типичными значениями энергии для металлов на атомно-чистой поверхности 81(100) [8].

Рис. 2. СТМ изображения заполненных состояний поверхности Si(100)c(4xl2)-Al после осаждения (а) Си, (б) Аи и (в) Со, при температуре 400°С. Масштаб изображений 200x200 нм2

На рис. 36 показан ряд трехмерных СТМ изображений островков In, Си, Аи и Со. Островки представляют собой вытянутые кристаллы нанометрового масштаба, с прямоугольными основаниями, ограниченные четко определенными гранями. Обе стороны прямоугольного основания островков ориентированны вдоль основных кристаллографических направлений ([011] и [011]) нереконструированной поверхности Si(100).

Показано, что формирование реконструкции с(4х12)-А1 на поверхности Si(100) изменяет режим роста металлов In, Си, Аи и Со с двумерного на трехмерный по сравнению с адсорбцией на атомно-чистую поверхность кремния при прочих равных условиях, в результате чего происходит формирование наноразмерных металлических островков с ярко выраженной огранкой. Верхний предел энергии активации диффузии атомов In, Си и Аи на поверхности с(4х12)-А1 составляет 0,64±0,08эВ, 0,26±0,09эВ и 0,31±0,06эВ, соответственно. Островки не образуют упорядоченных массивов, но ориентированны вдоль кристаллографических направлений [011] и [011]. В системы Со/с(4х12)-А1 при комнатной температуре формируется слабоупорядо-

ченный слой металлического Со с сохранившейся реконструкцией в границе раздела Co/Si; повышение температуры роста приводит к формированию на-норазмерных ограненных островков, расположенных между рядами А1 кластеров исходной реконструкции. Выше »¿500°С наблюдается образование протяженных островков силицида кобальта.

Температура, "С

(а)

500 400 300

Аи1/ Си

/ /

/42)

у

1П/Г

2,0 2,2 2.4 2,8

ОТ.К'Чо'

Рис. 3. (а) Температурная зависимость концентрации островков (построение Аррениуса) 1п (закрашенные кружки), Си (не закрашенные кружки) и Ац (черные точки), (б) Псевдотрехмерные СТМ изображения наноостровков на реконструкции с(4х12)-А1.

Четвертая глава «Модифицирование режимов роста металлов на поверхности 81(111) формированием реконструкции 81(111)5,55x5,55-Си> посвящена изучению изменения механизма роста металлов Си, Аи и Со на реконструкции 31(111)5,55x5,55-Си (далее 5,55х5,55-Си).

Данная реконструкция является монослоем силицида СигЭ!, атомная структура которого представляет собой атомы Си в положениях Нз и положениях замещения 5К атомов Э1 в верхней половине двойного слоя 31(111).

СТМ изображения этапов роста Си на поверхности 5,55x5,55-Си при КТ представлен на рис. 4. При КТ адатомы Си свободно перемещаются по поверхности террасы, но захватываются у её ступени, где объединяются в трехмерные островки, имеющие треугольную форму. С увеличением покрытия Си размер островков увеличивается (рис. 46) и они соединяются между собой, образуя практически сплошные нанопроволоки, декорирующие моноатомные ступени (Рис. 4в). Ширина этих нанопроволок находится в пределах от 20 до 80 нм, а их высота в пределах от 1 до Знм. Последующее увеличение покрытия приводит к слиянию нанопроволок в сплошную медную пленку с шероховатым рельефом (рис. 4 г). Осаждение Си на поверхностную фазу 5,55x5,55-Си при температурах 60 и 110°С приводит к образованию больших

островков (размерами ~ 23 и 45 нм, соответственно) шестигранной формы. Образование нанопроволок при таких режимах роста не происходит.

Из литературы известно, что адсорбция Си на чистую поверхность 81(111), вначале приводит к образованию слоя силицида Си, поверх которого формируется металлическая пленка Си [9].Для выяснения, блокирует ли 5,55x5,55-Си образование силицида была проведена серия ЭОС экспериментов. В этих экспериментах рост Си на 5,55х5,55-Си сравнивался с ростом Си на чистом 31(111)7x7 при аналогичных условиях. Анализ тонкой структуры оже-пика 31(92эВ) показал, что формирование ПФ 5,55х5,55-Си на границе раздела Си/31(111) подавляет образование объемного силицида меди.

Так же было исследовано влияние реконструкции 5,55х5,55-Си на рост золота. Этот материал представляет несомненный интерес для современной промышленности благодаря своим электрофизическим характеристикам и химической устойчивости. Однако эпитаксиальный рост Аи на 31(111) сопровождается формированием объемного силицида [10], который исключает возможность создания сверхтонких пленок Аи с высокой электрической проводимостью.

Рис. 4. СТМ изображения поверхности 5,55х5,55-Си после осаждения (а) 2,0МС, (б) 6,0 МС, (в) 8МС и (г) 10 МС Си, при КТ. Масштаб изображений 400x400 нм2

Ряд СТМ изображений роста пленки Аи на реконструкции 5,55х5,55-Си представлен на рис. 5. Начиная уже с небольшого покрытии Аи, маленькие островки зарождаются на исходной реконструкции 5,55х5,55-Си по всей поверхности. Дойдя до высоты около 0,8 нм (рис. 5 а), островки прекращают свой вертикальный роста и с увеличением покрытия Аи растут только латерально. При дальнейшем увеличении покрытия Аи, островки начинают сливаться и около 1,9 МС происходит образование сплошной пленки, как показано на рис. 56. Кроме того, начинает расти следующий слой. При покрытии Аи, около 3 МС, пленка покрывает всю поверхность за исключением небольших проколов.

Напомним, что в аналогичных условиях пленка Аи, выращенная непосредственно на чистой поверхности Si(lll)7x7, представляет собой слой силицида AuaSi (рис. 66) и зарождение металлической пленки Аи при этом покрытии даже не происходит [10].

На рис. 5 в показаны примеры линейных профилей поверхностей, полученных для случаев 0,64 МС и 1,9 МС. Анализ профилей показывает, что существует минимальная высота около 0,8 нм для плоских островков Аи, выросших на реконструкции 5,55х5,55-Си. При дальнейшем осаждении золота, когда происходит слияние островков в пленку, минимальная высота сохраняется (0,8 нм « 3 атомных слоя Аи(111)). После завершения роста трехслойной пленки, рост продолжается в послойном режиме с толщиной каждого слоя 0,26нм, что близко к толщине одного слоя Аи(111) (0,29нм). Такое поведение известно как электронный рост и связано с квантовыми ограничениями, когда пленка становится устойчивой строго при определенном числе слоев. Такой рост был продемонстрирован для системы РЬ/31(111)7х7 при температуре ниже комнатной [11,12]. Увеличение температуры роста не влияет на минимальную толщину пленки Аи (0,8нм), однако значительнее становится разнообразие высот островков Аи. Когда температура роста превышает около 150°С мы наблюдали разрушение исходной поверхности 5,55х5,55-Си с образованием реконструкции х \/3-(Аи,Си), которая уже описана

в литературе [13].

0.64 МС (\i \U\J[AAA

1.9 МС vAi Л п

Рис. 5. СТМ изображения роста пленки Аи на поверхности 5,55х5,55-Си при КТ; (а) 0,64МС, (б) 1,9МС, масштаб изображений 100x100нм2. (в) Линейные профили сечения поверхности.

На рис. 6 представлены СТМ изображения толстой (15 МС) пленки Аи на реконструкции 5,55х5,55-Си (рис. 6а) и на чистой поверхности Si(lll) (рис. 66). Сравнение показывает, что рост пленки Аи на реконструкции 5,55х5,55-Си происходит в классическом послойном режиме, при этом поверхность пленки гладкая. В то время как пленка Аи, выращенная на чистом кремнии, не является атомарно гладкой; как минимум 7 незаконченных слоев можно видеть на СТМ изображении на рис. 66.

Уменьшение шероховатости пленок Аи, выращенных на реконструкции 5,55х5,55-Си по сравнению с пленками на чистой поверхности кремния (111), отражается на поверхностной проводимости. Так, проводимость в системе Au/5,55x5,55-Cu примерно в три раза выше, чем для случая Au/Si(lll), приготовленного при аналогичных условиях. Мы связываем увеличение по-

верхностной проводимости с подавлением формирования слоя силицида и улучшением структурного качества пленок на этой реконструкции.

Рис. 6. ЮОхЭОнм2 СТМ изображение заполненных состояний пленка Аи с покрытием 15МС выращенной при КТ на (а) реконструкции 31(111)5,55x5,55"-Си и (б) чистой поверхности 81(111)7x7.

Таким образом, реконструкция 5,55х5,55-Си эффективно блокирует формирование силицидов Аи. Формируется пленка Аи, процесс роста которой соответствуют электронному режиму роста.

Следующим элементом, рост которого на 5,55х5,55-Си исследовался в данной работе, является кобальт. Для него также характерна реактивная эпитак-сия на кремнии, в результате которой формируется слой силицида кобальта. При КТ на поверхности формируется неупорядоченная шероховатая пленка кобальта, при этом исходная поверхность 5,55х5,55-Си не претерпевает каких-либо значительных изменений (Рис. 7а со вставкой). Прогрев при повышенных температурах приводит к образованию шестигранных островков с боковыми гранями, направленными вдоль основных кристаллографических направлений нереконструированной поверхности 31(111) (Рис. 7б-г). С увеличением температуры отжига с 300 до 400°С концентрация островков уменьшается почти в 2 раза, дальнейшее повышение температуры с 400 до 500°С не приводит к значительному изменению концентрации островков. При повышении температуры от 300 до 500°С средняя высота островков увеличивается с 0,5 нм до 1,75 нм, а средний латеральный размер островков изменяются с 8нм до 15 нм, соответственно.

Рис. 7. СТМ изображения заполненных состояний поверхности 5,55х5,55-Си после осаждения 0,25 МС Со при (а) КТ и последующего отжига при температурах (б) 300°С, (в) 400°Си (г) 500°С. Масштаб изображений ЮОхЮОнм2

Формирование шестигранных островков сопровождается изменением формы атомных ступеней (Рис. 8 а). Изначально ровная ступень приобретает «зазубренную» форму с островком на каждом «зубе», при этом поверхность, примыкающая к ступени как снизу, так и сверху сохраняет реконструкцию 5,55х5,55-Си (вставка Рис. 8 а). Такое изменение формы атомных ступеней происходит либо в результате перемещения атомных ступеней под действием температуры, либо в результате массопереноса кремния из террасы в объем выросшего островка. Минимальная температура, при которой начинается перемещения атомных ступеней по поверхности кристалла 81(111) составляет около 830°С [14], что существенно выше температур отжига в данной работе. Следовательно, изменение формы атомных ступеней свидетельствует о массопереносе кремния из террасы в объем островка, из чего был сделан косвенный вывод о силицидной природе островков. Следует отметить, что островки, выросшие на краю ступеней ничем, кроме размеров не отличаются от остальных островков, расположенных на террасах вдали от ступеней. Однако для последних отсутствуют какие-либо свидетельства массопереноса (обычно проявляющиеся как пары «островок - ямка»). Отсутствие массопереноса может быть объяснено эндотаксиальным механизмом роста, при котором островок силицида растет вглубь подложки, что характерно для системы Со&г/ЭДШ) [15].

Рис. 8. СТМ изображения заполненных состояний поверхности 5,55х5,55-Си после осаждения 0,15 МС Со при КТ и последующего отжига при температуре 600°С. Масштаб изображений: (а) 200x172 нм2, (б) 23x13нм2.

Исследование СТМ изображений высокого разрешения, сформированных островков Со показало наличие на их поверхности реконструкции с периодичностью л/3 х л/3-Я30°, окаймленной цепочкой ярких выступов (Рис. 86). Структура с периодичностью л/3 х \/3 соответствует силициду Сог81 [16], что также подтверждает тот факт, что на поверхности формируются островки силицида кобальта. На рис. 86 двумя линиями показано, что островок разориентирован относительно поверхности подложки на 3°. Верхняя линия

соответствует ориентации островка, а нижняя проведена сквозь светлые выступы на поверхности, соответствующие верхним атомам меди поверхности 5,55х5,55-Си [17]. Известно [17], что домены реконструкции 5,55х5,55-Си сами развернуты на тот же угол 3° относительно основных кристаллографических направлений кремния. Т.е. формирующийся островок игнорирует ориентацию поверхностной фазы и ориентируется относительно кремниевой подложки. Это предполагает разрушение исходного поверхностного силицида меди под островками.

Таким образом, в системе Со/5,55 х5,55-Си наблюдается разрушение исходной поверхности под островками и формирование ограненных эндотак-сиальных островков силицида кобальта с латеральными размерами порядка 15 нм и высотой 0,5 -г 2 нм в зависимости от температуры роста.

В пятой глава «Модифицирование доменной структуры реконструкции 81(111)а\/3 X \/3-Аиз> приведены результаты экспериментального исследования влияния атомов 1п и А1 на доменную структуру поверхностной фазы а\/3 х л/З-Аи (обозначенную далее о:у/3-Аи).

Данная поверхность состоит из небольших (порядка 60А) доменов с периодичностью л/3 (темные участки на рис. 9 а обозначенные как л/3) и сети ярких ломаных линий, ориентированных вдоль направлений <112> соответствующих доменным стенкам (светлые участки на рис. 9 обозначенные как ДС) [18-20]. Интересной особенностью доменных стенок является то, что при повышении температуры подложки выше 600°С они растворяются, а при охлаждении до КТ происходит обратная конденсация этих стенок [18]. В зависимости от концентрации Аи и скорости охлаждения образца, ДС могут конденсироваться как в упорядоченную структуру (бхб), так и в разупоря-доченные и Ру/Щ. Влияние малых концентраций другого адсорбата на процессы упорядочения представляют интерес для исследований процессов самосборки.

Рис. 9. СТМ изображения (а) исходной ау'З-Аи, (б) после адсорбции ОД МС 1п при КТ, (в) после прогрева при 600°С в течении 15 сек, (г) после адсорбции 0,3 МС 1п при КТ и прогрева при 600°С в течении 15сек. Масштаб изображений 500х500А2. На вставках приведены СТМ изображения соответствующих поверхностей в атомном разрешении.

Адсорбция 1п на ПФ а\/3-Аи приводит к структурным изменениям уже при комнатной температуре (Рис. 96). Так, на начальных стадиях атомы 1п адсорбируются исключительно на участках поверхности с периодичностью л/3 х у/3, тогда как доменные стенки не претерпевают каких-либо изменений. СТМ изображение поверхности после адсорбции 1п проявляется как «сотовая* структура с двумя яркими максимумами на элементарную ячейку, в отличие от гексагональной поверхности, соответствующей исходной а\/3-Аи, с одним максимумом на ячейку. Достаточно примерно 0,1 МС 1п, чтобы он заполнил все соразмерные участки \/3 х \/3 и произошел переход а\/3-Аи —» \/3-(Аи,1п). При дальнейшей адсорбции 1п на всей поверхности начинают формироваться объемные островки индия.

Кратковременный прогрев поверхности при температуре 600°С показал, что кристаллическая структура поверхности не меняется, а все изменения касаются, главным образом, доменной структуры поверхности. Так, адсорбция малого количества (~0,1 МС) 1п при КТ с кратковременным отжигом при 600°С приводит к укрупнению небольших доменов исходной структуры. Область между доменами на СТМ изображении выглядит как разупорядо-ченная (рис.9 в). Увеличение начального покрытия 1п приводит к увеличению доменов структуры \/3, а при покрытии 1п 0,3 МС фаза \/3-(Аи,1п) покрывает всю поверхность образца (рис.9г). Поверхность, которая изначально представляла собой двумерный поликристалл с высокой плотностью линейных дефектов, становится монокристаллической. Периодичность соразмерных участков по прежнему составляет \/3 х \/3, однако гексоганальное упорядочение максимумов исходной структуры изменяется на (так называемую) «сотовую» структуру, в которой на каждую ячейку у/3 приходится по два максимума.

Было показано, что основная структура СНСТ сохраняется и атомы 1п занимают положения Т4 между тримерами Ац.

Сотовое упорядочение, видимое на СТМ изображениях, предполагает покрытие в 2/3 МС 1п (два атома 1п на элементарную ячейку \/3 х л/3), хотя реальное покрытие 1п, определенное с помощью ЭОС, составляет около 0,15 МС (около 0,5 атома на элементарную ячейку \/3 х \/3). Это противоречие было разрешено учитывая, что в соответствии с вычислениями соседние адсорбционные позиции разделены относительно низким барьером около 0,4 эВ, что позволяет атомам 1п свободно перескакивать из одного адсорбционного положения в другое уже при КТ. В результате, так как частота сканирования СТМ очевидно меньше, чем частота атомного движения, СТМ изображения представляют собой усредненную по времени картинку, в которой все положения кажутся занятыми.

Низкотемпературное СТМ исследование показало, что при 125 К перескоки

атомов 1п между соседними позициями прекращаются, и вместо усредненного по времени СТМ изображения видна реальная гексагональная структура поверхности. Непосредственный подсчет максимумов дает значение 0,14±0,04МС, которое совпадает с покрытием атомов 1п, определенным с помощью ЭОС.

Возможный механизм стабилизации однородной поверхности у/3 х уД-(Аи,1п) после адсорбции 1п заключается в следующем. Появление сети тяжелых доменных стенок реконструкции а.\/З-Аи показывает, что эта структура характеризуется сжимающим напряжением равным +20,4эВ/нм2. Добавление одного атома 1п на элементарную ячейку \/3 х \/3-Аи приводит к уменьшению напряжения до -|-3,9эВ/нм2 и снятию линейных дефектов (ДС) с поверхности.

Изученная нами система была в дальнейшем исследована методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) в работе [21]. Авторы подтвердили наши выводы относительно того, что 1п прямо не взаимодействует с тримерами Аи, но вытесняет с поверхности доменные стенки, что приводит к образованию на поверхности совершенного 2Б электронного газа с изотропной поверхностью Ферми.

Адсорбция другого элемента III группы, а именно А1, приводит не к уменьшению плотности линейных дефектов (ДС), а к упорядочению их в новую структуру.

На СТМ изображении, полученном после адсорбции около 0,02 МС А1 при КТ (рис. Юа), можно видеть появление больших ярких максимумов (отмеченные как Р на рис. 10 а) одинакового размера и высоты. Одновременно происходит увеличение числа дефектов исходной поверхности, вызванных присутствием не связанных атомов Аи (отмеченные как М на рис. 10 а), занимающих положения между тримерами Аи. Обычно плотность таких дефектов является незначительной в сравнении с плотностью доменных стенок.

Согласно расчетам полной энергии из первых принципов, атомы А1, в отличие от атомов 1п, не имеют стабильных адсорбционных позиций на а\/3-Аи. Учитывая увеличение количества несвязанных атомов Аи, мы допускаем замещение атомов Аи в тримерах на атомы А1. Подсчет с помощью СТМ плотности наблюдаемых Р-максимумов совпадает с покрытием А1, оцененным по времени осаждения из откалиброванного источника А1. Это предполагает, что каждому яркому СТМ максимуму соответствует атом А1. Рассчитанная концентрация замещенных адатомов Аи приблизительно равна концентрации Р-максимумов. Это означает, что каждый А1 атом замещает один атом Аи.

Отжиг при температуре выше точки плавления доменных стенок (600°С) приготовленной при КТ системы приводит к образованию 2Б

островков с периодической структурой Зт/З х 3\/3, сосуществующей с а\/3-Аи (рис. 106). Структура Зл/3 х 3\/3 представляет собой упорядоченные Р-

максимумы, сформированные адсорбцией атомов А1 при КТ, которые после отжига формируют тримеры из Р-максимумов, как показано на вставке на рис. 106.

Рис. 10. СТМ изображения поверхности незаполненных состояний полученные после(а) осаждения 0,02 МС А1 при КТ (30 хЗО нм2) (М - дефект исходной поверхности, Р - яркий максимум), (б) прогрева поверхности к\/а- при 600°С. На вставке приведена струк-

тура Зч/З х Зч/З. (в) График зависимости площади, занятой структурой 3\/3 х 3\/3-(Аи,А1), от покрытия А1, (г) после осаждения 0,12 МС А1 и отжига при 600°С (23х23нм2)

С увеличением покрытия А1, доля поверхности, занятая структурой Зл/З х Зч/З увеличивается, но никогда не занимает всю поверхность. Площадь, занятая структурой Зч/З х

Зч/З, как функция покрытия А1, представлена на рис. 10 в. Начиная с относительной площади 0,75 фаза Зч/З х Зч/З переходит в структуру 2x2, которая фактически представляет собой более плотную упаковку ярких Р-максимумов (рис. Юг).

Используя количественный СТМ анализ, стехиометрический состав Зч/З х и,А1) был определен как #ли=1МС, ^¡=0,11 МС и МС 1п.

Использование только СТМ исследований оказалось не достаточным для предложения точной структурной модели реконструкции 3\/ЗхЗч/3-(Аи,А1). Можно только сделать заключение, что

Зч/ЗхЗл/З

представляет собой доменные стенки исходной реконструкции, упорядоченные в периодическую структуру. Заметим, что в литературе можно найти упоминания о существовании реконструкций

Зч/ЗхЗч/З-Аи

и 2х2-Аи, формирующихся без участия атомов А1 [22]. На фоне огромного числа публикаций, посвященных другим реконструкциям в системе Аи/81(111), данные структуры практически неизвестны. Это связано с трудностями в их получении, как результат очень узкого диапазона и некоторой неопределенностью параметров роста (адсорбция более монослоя Аи на 81(111) с последующим быстрым охлаждением). Образование этих реконструкций является следствием самопроизвольного упорядочения доменных стенок ач/З-Аи. Присутствие очень малого количества атомов А1 привело к стабилизации этих структур, что сделало процесс их формирования более контролируемым.

показано, что адсорбция 1п на реконструкцию ач/З-Аи приводит к образованию фазы ч/З х ч/3-(Аи,1п) с низкой плотностью линейных дефектов.

В данной диссертационной работе показано, что присутствие малого по-

крытия атомов 1п и А1 приводит к изменению характера концентрации ДС структуры а\/3. ДС либо полностью исчезают с поверхности (адсорбция 1п), либо организовываются в периодические структуры (адсорбция А1).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Внедрение поверхностной реконструкции 8](100)-с(4х12)-А1 в границу раздела метал/51(100) изменяет режим роста металлов 1п, Си, Аи и Со с 2Б на 30 по сравнению с адсорбцией на атомно-чистую поверхность кремния. Островки не образуют упорядоченных массивов, но ориентированны вдоль основных кристаллографических направлений ([011] и [011]) поверхности 81(100).

2. Верхний предел энергии активации диффузии атомов 1п, Си и Аи вдоль поверхности с(4х12)-А1 составляет 0,64±0,08эВ, 0,26±0,09эВ и 0,31±0,06эВ, соответственно. Энергия связи димера Си равна 1,4±0,4эВ. Для атомов Си на поверхности с(4х12)-А1 существует 2 режима зародышеобразова-ния островков. Критическая температура смены режимов роста составляет 245°С.

3. Поверхностная фаза 81(111)-5,55х5,55-Си в случаях адсорбции Си и Аи эффективно блокирует формирование объемных силицидов. В системе Си/5,55х5,55-Си, медь не адсорбируется на террасах, а агломерируется вдоль ступеней формируя нанопроволоки шириной 20-80 нм и высотой 1-3 нм. В системе Аи/5,55х5,55-Си, формируется пленка Аи, процессы роста которой соответствуют «электронному режиму роста». В системе Со/5,55x5,55-Си происходит разрушение исходной поверхности под островками и формирование ограненных эндотаксиальных островков силицида кобальта с латеральными размерами 8-15 нм и высотой от 0,5 до 1,75 нм в зависимости от температуры роста.

4. Адсорбция 1п на реконструированную поверхность 81(111)а\/3 х \/3~Аи при КТ приводит к образованию фазы УЗх\/3-(Аи,1п) ограниченной доменами исходной фазы а\/Зх\/3-Аи. При температуре выше точки плавления доменных стенок («600°С), структура \/Эх\/3-(Аи,1п) распространяется на всю поверхность, вытесняя доменные стенки. Однородная поверхностная фаза у/3 х \/3-(Аи,1п) состоит из 1МС Аи, 1 МС и порядка 0,15 МС 1п.

5. Стабилизация бездефектной поверхности \/Зх\/3-(Аи,1п) происходит благодаря уменьшению напряжения поверхности с 204мэВ/А2 до

39 мэ В/А2. При КТ атомы In не занимают фиксированного положения, а переключаются между соседними положениями Т4 в ячейке л/3.

6. Адсорбция А1 на Si(lll)a\/3x\/3-Au при КТ приводит к замещению атомов Аи атомами А1. Отжиг такой системы при температуре выше точки плавления доменных стенок («600°С) приводит не к формированию новых реконструкций, а к упорядочению доменных стенок структуры ал/3 х a/S-Au в периодические структуры 3\/3 х 3\/3 и 2x2, в зависимости от покрытия А1. Определены покрытия Al, Аи и Si, входящие в состав реконструкции Зч/З х 3\/3- Предложена упрощенная модель этой поверхности.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Д.В. Грузнев, И.Н. Филиппов, Д.А. Олянич, Д.Н. Чубенко, А.А. Са-ранин, А.В. Зотов, В.Г. Лифшиц «Формирование поверхностной фазы Si(lll)\/3x\^-(Au,In)>, Вестник ДВО РАН, - 2005. - N.6, - С.61-69.

2. D.V. Gruznev, I.N. Filippov, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, V.G. Lifshits, «Si(lll)-a\/3 x \/3-Au phase modified by In adsorption: Stabilization of a homogeneous surface by stress relief», Phys. Rev. В - 2006. - V.73 - N.ll - P.115335.

3. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, M.N. Bykova, I.N. Filippov, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Interaction of In and Al with the domain walls of the Si(llI)-a\/3 x \/3-Au surface», Proceedings of Seventh Russia -Japan Seminar on Semiconductor Surfaces, - 2006 - P.176.

4. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, V.A. Avilov, A.A. Saranin, A.V. Zotov, «Growth of In nanocrystallite arrays on the Si(100)-c(4xl2)-Al surface», Surf. Sci. - 2006. - V.600. - P.4986-4991.

5. Д.А. Олянич, Д.Н. Чубенко, Д.В. Грузнев, А.В. Зотов, А.А. Саранин, «Исследование методом сканирующей туннельной микроскопии роста на-ноостровков Си на поверхности Si(100)-c(4xl2)-Al», Письма в ЖТФ, -2007. - Т.ЗЗ. - N.21. - С.31-35.

6. D.A. Olyanich, D.V. Gruznev, D.N. Chubenko, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Nanoobject growth on modified silicon surfaces.», Proceedings of Eighth Japan - Russia Seminar on Semiconductor Surfaces, - 2008.

7. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Controllable modification of surface reconstructions», Proceedings of 16th International Symposium «Nanostructures: Physics and Technology», - 2008. - P. 163.

8. D.A. Olyanich, D.V. Gruznev, D.N. Chubenko, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Growth of metal nanoislands on the Si(100)c(4xl2)-Al template reconstruction», Proceedings of 16th International Symposium «Nanostructures: Physics and Technology», - 2008. - P. 167.

Список литературы

[1] Чаплыгин Ю.А. Нанотехнологии в электронике. - Москва: Техносфера, 2005 - 448 с.

[2] К. Оура, В.Г. Лифшиц. А.А. Саранин А.В. Зотов М. Катаяма. Введение в физику поверхности. - Москва: Наука, 2005 - 499 с.

[3] Lifshits V.G., Saranin A.A., Zotov A.V. Surface Phases on Silicon. -Chichester: Wiley, 1994,- 450 p.

[4] B.T. Дубровский, Г.Э. Цырлин. B.M. Устинов. Полупроводниковые нитевидные нанокристаллы: синтез, свойства, применения. // Физика и техника полупроводников. - 2009. - V. 43, N. 12.

[5] Rashkeev S.N., Lupini A.R., Overbury S.H., Penny cook S.J., Pantelides S.T. Role of the nanoscale in catalytic CO oxidation by supported Au and Pt nanostructures. // Phys. Rev. B. - 2007. - V. 76. - P. 035438.

[6] Evans M.M.R., Glueckstein J.C., Nogami J. Indium on Si(001): Growth beyond the first atomic layer. // Surf. Sci. - 1998. - V. 406, N. 1/3. -P. 246-253.

[7] Venables J.A., Spiller G.D. Т., Hanbiicken M. Nucleation and growth of thin films. // Rep.Prog.Phys. - 1984. - V. 47. - P. 399-459.

[8] In Bonzel H. P., editor, Physics of Covered Solid Surfaces, volume III/42 of Landolt-Bornstein (New Series). - P. 455-530. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2001.

[9] Tomimatsu S., Hasegawa Т., 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.

[10] Yeh J.-J., Hwang J., Bertness K., Friedman D.J., Cao R., Lindau I. Growth of the room temperature Au/Si(lll)-(7 x 7) interface. // Phys. Rev. Lett. -1993. - V. 70, N. 24. - P. 3768-3771.

[11] Su W.B., Chang S.H., Jian W.B., Chang C.S., Chen L.J., Tsong T.T. Correlation between quantized electronic states and oscillatory thickness relaxations of 2D Pb islands on Si(lll)-(7x7). // Phys. Rev. Lett. - 2001. -V. 86, N. 22. - P. 5116-5119.

[12] Chang S.H., Su W.B., Jian W.B., Chang C.S., Chen L.J., Tsong T.T. Electronic growth of Pb Islands on Si(lll) at low temperature. // Phys. Rev. B. - 2002. - V. 65, N. 24. - P. 245401-6.

[13] Sasaki M., Yuhara J., Inoue M., Morita K. Studies on 2D Au-Cu binary adsorbates on Si(lll) surfaces by means of combined LEED/AES/RBS techniques. // Surf. Sei. - 1993. - V. 283, N. 1/3. - P. 327-332.

[14] С. С. Косолобов А. В. Латышев. Влияние вакансии на распределение атомных ступеней на поверхности кремния (111). // Вестник НГУ. -2007.-V. 2, N. 2.-Р. 40-50.

[15] Zhian Не David J. Smith, Bennett. P. A. Endotaxial Silicide Nanowires. // Phys. Rev. Lett. - 2004. - V. 93, N. 25. - P. 256102. Co.

[16] Pirri C., Peruchetti J.C., Gewinner G., Bolmont D. Annealing studies of the Co/Si(lll) interface. // Sol. State Commun. - 1986. - V. 57, N. 5. -P. 361-364.

[17] Zegenhagen J., Fontes E., Grey F., Patel J.R. Microscopic structure, discommensurations, and tiling of Si(lll)/Cu-"5x5". // Phys. Rev. B. -1992. - V. 46, N. 3. - P. 1860-1863.

[18] Nagao Т., Hasegawa S., Tsuchie K., Ino S., Voges C., Klos G., Pfnür H., Henzler M. Structural phase transitions of 81(111)-(\/Зх\/3)Л30о-Аи: phase transitions in domain-wall configurations. // Phys. Rev. B. - 1998. - V. 57, N. 16. - P. 10100-10109.

[19] Nogami J., Baski A.A., Quate C.F. \/3 x \/3 —» 6x6 phase transition on the Au/Si(lll) surface. // Phys. Rev. Lett. - 1990. - V. 65, N. 13. -P. 1611-1614.

[20] Falta J., Hille A., Novikov D., Materlik G., Seehofer L., Falkenberg G., Johnson R.L. Domain wall structure of S^lll)^ x л/3)Л30°-Аи. // Surf. Sei. - 1995. - V. 330, N. 2. - P. L673-L677.

[21] К Kim J., S. Kim K, L. McChesney J., E Rotenberg, N. Hwang H., C. Hwang C, Yeom H. W. Two-dimensional electron gas formed on the indium-adsorbed Si(lll)\/3 x \/3-Au surface. // Phys. Rev. B. - 2009. - V. 80. -P. 075312.

[22] Seifert С., Hild R., Horn-von Hoegen M., Zhachuk R.A., Olshanetsky B.Z. Au induced reconstructions on Si(lll). // Surf. Sei. - 2001. - V. 488, N. 1/2. -P. 233-238.

Олянич Дмитрий Александрович

Исследование адсорбции 1п, А1, Со, Си и Аи на реконструированных поверхностях 31(100) и 81(111)

Автореферат

Подписано к печати 19.10.2009 г. Усл.п.л. 1,0 Уч - изд.л.0,8 Формат 60x84/16. Тираж 100 экз. Заказ 39

Издано ИАПУ ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Радио , 5 Отпечатано группой оперативной полиграфии ИАПУ ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5

Введение

1 Субмонослойные реконструкции и их применение для модификаций поверхностей полупроводников.

Введение.

1.1 Основные представления о поверхностных структурах.

1.2 Атомарно-чистые поверхности Si(100) и Si(lll).

1.2.1 Атомная структура поверхности Si(100)2x1.

1.2.2 Атомная структура поверхности Si(lll)7x7.

1.3 Поверхностные фазы Si(100)c(4xl2)-Al, Si(lll)a(>/3 х >/3)-Au и Si(lll)5,55x5,55-Cu.

1.3.1 Поверхностная фаза Si(100)c(4xl2)-Al.

1.3.2 Поверхностная фаза 81(111)о:(л/3 х ч/3)-Аи.

1.3.3 Поверхностная фаза Si(lll)5,55x5,55-Cu.

1.4 Использование поверхностных реконструкций для модификации режимов роста металлов.

1.5 Поверхностная диффузия.

1.6 Кинетическая теории зародышеобразования.

Выводы по главе.

2 Экспериментальная установка и методы исследования

Введение.

2.1 Экспериментальная установка.

2.2 Методы исследования.

2.2.1 Сканирующая туннельная микроскопия.

2.2.2 Дифракция медленных электронов.

2.2.3 Электронная Оже спектроскопия.

2.3 Экспериментальные методики.

2.3.1 Приготовление атомарно-чистой поверхности Si(100) и Si(lll)

2.3.2 Калибровка температуры образца.

2.3.3 Калибровка скорости напыления адсорбата.

2.3.4 Приготовление СТМ игл.

Выводы по главе.

3 Модифицирование режимов роста металлов на поверхности Si(100) формированием реконструкции с(4х12)—А

Введение.

3.1 Система In/Si(100)c(4xl2)-Al.

3.2 Система Cu/Si(100)c(4xl2)-Al.

3.3 Система Au/Si(100)c(4xl2)-Al.

3.4 Система Со/с(4х12)-А

Выводы по главе.

4 Модифицирование режимов роста металлов на поверхности Si(lll) формированием реконструкции Si(lll)—5,55x5,55-Cu

Введение.

4.1 Нанопроволоки меди на Si(lll)-5,55x5,55-Cu

4.2 Рост пленки золота на 5,55х5,55-Си.

4.3 Формирование ограненных островков силицида Со на поверхностной фазе 5,55х5,55-Си.

Выводы по главе.

5 Модифицирование доменной структуры поверхностной реконструкции

Si(lll)<n/3 х ^3-Au

Введение.

5.1 Система Ъ/ау/Ъ х а/3-Au.

5.2 Система А1/а\/3 х \/3-Аи.

Выводы по главе.

Актуальность работы. Усиливающаяся тенденция к миниатюризации полупроводниковых приборов, наблюдаемая в настоящее время в электронной промышленности, вызвала повышенный интерес к исследованиям поверхностей полупроводников и нано-размерным объектам, формирующихся на этих поверхностях. С уменьшением размеров элементов интегральных схем, процессы, происходящие на поверхности, начинают играть все большую роль.

На сегодняшний день известны различные методы получения паиообъектов на поверхностях (литографии, молекулярно-лучевая эпитаксия, химический синтез и т.д.) [1]. Одним из перспективных методов считается самосборка, в котором, путём создания определенных условий, система сама стремиться к формированию определенных наноструктур. В случае использования метода самосборки для создания наноструктур на поверхностях полупроводников, помимо традиционных макроскопических параметров (температура подложки, давление паров и другие «ростовые» параметры) необходимо учитывать и многие параметры подложки.

Физика поверхности полупроводников более чем за 30 лет своего существования накопила огромный багаж знаний о поверхностных реконструкциях [2]. Известно более 300 субмонослойных реконструкций на кремнии, полученных адсорбцией практически всех химических элементов Периодической системы [3]. Однако, эти знания носят преимущественно фундаментальный характер. С практической точки зрения, формирование на поверхности реконструкций кардинально меняет такие свойства поверхности, как периодичность, расположение адсорбционных позиций, морфологию и многие другие. Использование субмонослойных реконструкций, в качестве модификаторов поверхности, открывает новые возможности в исследовании процессов самосборки, ведущих к получению новых наноматериалов с уникальными физико-химическими свойствами.

В данной работе исследовались процессы формирования нанообъектов при адсорбции элементов In, А1, Си, Аи и Со на модифицированных поверхностях Si(lll) и Si(100). Нанообъекты, полученные из данных материалов в будущем могут быть использованы для создания новой элементной базы наноэлектроники. Так, нанопленки Аи и Си обладают высокой электрической проводимостью, что позволяет рассматривать их в качестве основы для создания токопроводящих элементов. Уменьшение характерных размеров таких структур без существенного ухудшения электро-физических характеристик является актуальной задачей. Кроме того, островки Аи уже в настоящее время применяют в качестве инициаторов роста полупроводниковых вискеров [4]. Уменьшение диаметра вискеров (создание нановискеров) невозможно без уменьшения размеров островков Аи. Металлические наноостровки так же могут проявлять каталитическую активность (окисление СО и др.) даже в тех случаях, когда объемный материал такой активностью не обладает. Кобальт выбран в качестве исследуемого материала из-за своих магнитных свойств. Выбор In и А1 обусловлен применением их в полупроводниковой промышленности в качестве легирующих примесей.

В данной работе модифицированными поверхностями выступали образцы Si(100) и Si(lll) с созданными на них реконструкциями Si(lll)5,55x5,55-Cu и Si(100)c(4xl2)-Al. Целью таких модификаций являлось изменение основных свойств поверхностей, приводящие к смене режима роста, предотвращающие перемешивание атомов адсорбата с атомами подложки, ориентирующее влияние и др. В отличие от толстых, зачастую многослойных, буферных слоев, выращиванием которых достигаются схожие цели в настоящее время, модификация поверхности субмонослойными реконструкциями призвана сохранить такие характеристики монокристаллической подложки, как низкая шероховатость, предсказуемые направления атомных ступеней и интервал между ними, высокое кристаллическое совершенство поверхности, низкая плотность дефектов и многое другое.

Наряду с формированием нанообъектов, возможность модификации атомной структуры самих поверхностных фаз также представляет значительный интерес. В данной работе это направление представлено исследованием влияния адсорбции атомов In и А1 на атомную структуру поверхностной фазы Si(lll)o;v/3x\/3-Au. Данная реконструкция обладает интересным свойством — высокой плотностью доменных стенок, которые при определенных условиях могут «растворятся» и конденсироваться в различные упорядоченные структуры. Это делает её уникальным объектом для исследований самосборки на атомном уровне.

Целью диссертационной работы: является исследование влияния субмопослой-ных поверхностных реконструкций на режимы роста металлов на поверхностях Si(100) и Si(lll), и исследование взаимодействия доменных стенок реконструкции Si(lll)o;v/3x ч/3-Au с атомами адсорбата.

Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Исследовать формирование наноструктур при адсорбции металлов (In, Си, Аи и Со) на реконструированную поверхность Si(100)c(4xl2)-Al при различных температурах осаждения.

2. Исследовать рост нанообъектов при адсорбции Си, Аи и Со на поверхностную фазу Si(lll)5,55x5,55-Cu.

3. Изучить влияние атомов In и А1 на атомную и доменную структуры поверхностной фазы Si(lll)a\/3x\/3-Au.

Научная новизна работы. Работа содержит новые экспериментальные результаты, наиболее важные из которых следующие:

1. Установлено влияние поверхностной реконструкции Si(100)c(4xl2)-Al на формирования нанообъектов металлов (In, Си, Аи и Со).

2. Экспериментально определен верхний предел энергии активации диффузии для атомов In, Си и Аи по поверхности Si(100)c(4xl2)-Al.

3. Показана возможность создания наноструктур на основе Аи и Со модификацией поверхности Si(lll) реконструкцией Si(lll)5,55x5,55-Cu.

4. Установлено влияние адсорбции атомов In и А1 на доменную структуру поверхностной фазы Si(lll)-aV5 х л/3-Au.

Практическая значимость исследования. В ходе выполнения диссертационной работы было исследовано формирование металлических наноостровков In, Си, Аи и Со на реконструированной поверхности кремния Si(100)c(4xl2)-Al. Подобраны экспериментальные условия, при которых возможно контролируемое формирование массива наноостровков указанных металлов. Рассчитан верхний предел энергии активации диффузии осаждаемых атомов. Полученная информация найдет применение при создании каталитически активных поверхностей [5], при формировании нановискеров, необходимых для создания многоострийиых катодов, сверхострых зондов для зондовой микроскопии [4] и т.д. В результате исследования адсорбции Си и Аи на поверхность Si(lll)5,55x5,55-Cu определены оптимальные условия формирования нанопленок золота и упорядоченного массива панопроволок меди. Эти объекты могут быть использованы в будущем при разработке токопроводящих элементов интегральных схем.

В результате исследования адсорбции атомов In и А1 на поверхностную фазу Si(lll)a-\/3x\/3-Au была показана возможность модификации доменной структуры поверхности. Такие процессы представляют интерес в плане расширения возможностей синтеза низкоразмерных материалов на поверхности.

Основные защищаемые положения.

1. Смена режима роста с послойного на островковый и ориентирующее влияние на рост островков In, Си и Аи происходит при использовании в качестве зародыше-образующей поверхности Si(100)c(4xl2)-Al.

2. Энергия активации диффузии атомов Си на поверхности Si(100)-c(4xl2)-Al составляет 0,26±0,09эВ, энергия связи димера Си равна 1,4±0,4эВ. Для Си существует два режима зародышеобразования островков, критическая температура смены режимов роста составляет 245°С. Верхний предел энергии активации диффузии для атомов In и Аи составляет 0,64±0,08эВ и 0,34±0,06эВ соответственно.

3. Рост нанопроволок Си и нанопленок Аи происходит на поверхностной реконструкции Si(lll)5,55x5,55-Cu.

4. На плотность линейных дефектов поверхностной фазы Si(lll)a\/3x\/3-Au силь ное влияние оказывает адсорбция In и А1. В случае осаждения In происходит полное растворение доменных стенок, в случае осаждения А1 происходит упорядочение доменных стенок в периодическую структуру с образованием новых поверхностных реконструкций Зл/З 3\/3 И zxz.

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

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

Международной школе-конференции молодых ученых «Физика и химия паномате-риалов» 2005, г.Томск;

International Symposium on Surface Science and Nanotechnology ISSS-4, 2005, Omiya Sonic City, Saitama, Japan;

VII международной очно-заочной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых исследователей 2005, г. Владивосток;

IX, X, XI и XII Региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, 2005-2009;

7-й региональная научная конференция ФФПИО-7, 2007, г.Владивосток; Седьмой и восьмой всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, СПбГПУ, Санкт-Петербург; The Russia - Japan Seminar on Semiconductor Surfaces, 2006, 2008; Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных по физике, ДВГУ, 2006, г.Владивосток;

Двенадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных ВНКСФ-12, 2006, г.Новосибирск;

The Eighth Japan - Russia Seminar on Semiconductor Surfaces, 2008, Sendai;

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертационной работы опубликовано 8 статей, в том числе 4 статьи в журналах входящих в Перечень ВАК РФ.

1. Д.В. Грузнев, И.Н. Филиппов, Д.А. Олянич, Д.Н. Чубенко, А.А. Саранин, А.В. Зотов, В.Г. Лифшиц «Формирование поверхностной фазы Si(lll)\/3х \/3-(Au,In)», Вестник ДВО РАН, - 2005. - N.6, - С.61-69.

2. D.V. Gruznev, I.N. Filippov, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, V.G. Lifshits, « x л/3-Au phase modified by In adsorption: Stabilization of a homogeneous surface by stress relief», Phys. Rev. В - 2006. - V.73

- N.ll - P.115335.

3. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, M.N. Bykova, I.N. Filippov, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Interaction of In and A1 with the domain walls of the Si(lll)-o;\/3 x \/3-Au surface», Proceedings of Seventh Russia -Japan Seminar on Semiconductor Surfaces, - 2006 - P.176.

4. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, V.A. Avilov, A.A. Saranin, A.V. Zotov, «Growth of In nanocrystallite arrays on the Si(100)-c(4xl2)-Al surface», Surf. Sci. - 2006. - V.600.

- P.4986-4991.

5. Д.А. Олянич, Д.Н. Чубенко, Д.В. Грузнев, А.В. Зотов, А.А. Саранин, «Исследование методом сканирующей туннельной микроскопии роста наноостровков Си на поверхности Si(100)-c(4xl2)-Al», Письма в ЖТФ, - 2007. - Т.ЗЗ. - N.21. -С.31-35.

6. D.A. Olyanich, D.V. Gruznev, D.N. Chubenko, A.V. Zotov, A A. Saranin, «Nanoobject growth on modified silicon surfaces.», Proceedings of Eighth Japan - Russia Seminar on Semiconductor Surfaces, - 2008.

7. D.V. Gruznev, DA. Olyanich, D.N. Chubenko, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Controllable modification of surface reconstructions», Proceedings of 16th International Symposium «Nanostructures: Physics and Technology», - 2008. - P.163.

8. D.A. Olyanich, D.V. Gruznev, D.N. Chubenko, A.V. Zotov, A.A. Saranin, «Growth of metal nanoislands on the Si(100)c(4xl2)-Al template reconstruction», Proceedings of 16th International Symposium «Nanostructures: Physics and Technology», - 2008. -P.167.

Личный вклад автора заключается в активном участии в проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных и интерпретации полученных результатов. Вошедшие в диссертацию результаты отражают итоги исследований, проведенных автором в ИАПУ ДВО РАН совместно с группой сотрудников. Часть СТМ изображений с атомарным разрешением получена лично автором.

Работа сотрудников заключалось в следующем: д.ф.-м.н. Чеботкевич JI.A. является научным руководителем диссертанта. Д.ф.-м.н., профессор Саранин А.А., д.ф.-м.н. Зотов А.В. и к.ф.-м.н. Грузнев Д.В. участвовали в обсуждении результатов. Теоретические расчеты для атомной структуры Si(lll)ct\/3 х \/3—(Au,In) были выполнены д.ф.-м.н. Куяновым И.А. В работе также участвовали Филиппов И.Н., Чубенко Д.Н., и Авилов В.А. Техническое обеспечение СВВ установки производилось к.ф.-м.н. Чурусовым Б.К. и гл. инж. констр. Каменевым А.Н.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 157 страниц, включая 87 рисунков и список литературы из 129 наименований.

Общие выводы

1. Внедрение поверхностной реконструкции Si(100)-c(4xl2)-Al в границу раздела MeTan/Si(100) изменяет режим роста металлов In, Си, Аи и Со с 2D на 3D по сравнению с адсорбцией на атомно-чистую поверхность кремния. Островки не образуют упорядоченных массивов, по ориентированны вдоль основных кристаллографических направлений ([Oil] и [011]) поверхности Si(100).

2. Верхний предел энергии активации диффузии атомов In, Си и Аи вдоль поверхности с(4х12)-А1 составляет 0,64±0,08эВ, 0,26±0,09эВ и 0,31±0,06 эВ, соответственно. Энергия связи димера Си равна 1,4±0,4эВ. Для атомов Си на поверхности с(4х12)-А1 существует 2 режима зародышеобразования островков. Критическая температура смены режимов роста составляет 245°С.

3. Поверхностная фаза Si(lll)-5,55x5,55-Cu в случаях адсорбции Си и Аи эффективно блокирует формирование объемных силицидов. В системе Cu/5,55х5,55-Си, медь не адсорбируется на террасах, а агломерируется вдоль ступеней формируя нанопроволоки шириной 20-80 нм и высотой 1-3 им. В системе Аи/5,55х5,55-Си, формируется пленка Аи, процессы роста которой соответствуют «электронному режиму роста». В системе Со/5,55x5,55-Си происходит разрушение исходной поверхности под островками и формирование ограненных эндотаксиальных островков силицида кобальта с латеральными размерами 8-15 нм и высотой от 0,5 до 1,75 нм в зависимости от температуры роста.

4. Адсорбция In на реконструированную поверхность Si(lll)o;\/3 х \/3-Аи при КТ приводит к образованию фазы \/3x\/3-(Au,In) ограниченной доменами исходной фазы ct\/3x\/3-Au. При температуре выше точки плавления доменных стенок (~600°С), структура \/3x\/3-(Au,In) распространяется на всю поверхность, вытесняя доменные стенки. Однородная поверхностная фаза у/3 х УЗ-(АиДп) состоит из 1 МС Au, 1 МС Si и порядка 0,15 МС In.

5. Стабилизация бездефектной поверхности \/ЗхУЗ-(АиДп) происходит благодаря уменьшению напряжения поверхности с 204мэВ/А2 до 39мэВ/А2. При КТ атомы In не занимают фиксированного положения, а переключаются между соседними положениями Т4 в ячейке \/3.

6. Адсорбция А1 на при КТ приводит к замещению атомов Аи атомами А1. Отжиг такой системы при температуре выше точки плавления доменных стенок («600°С) приводит не к формированию новых реконструкций, а к упорядочению доменных стенок структуры а\/3 х ^З-Аи в периодические структуры 3\/3 х 3\/3 и 2x2, в зависимости от покрытия А1. Определены покрытия А1, Аи и Si, входящие в состав реконструкции 3^3 х зУз. Предложена упрощенная модель этой поверхности.

1. Чаплыгин Ю.А. Нанотехнологии в электронике. Москва: Техносфера, 2005.448 с.

2. К. Оура, В. Г. Лифшиц. А.А. Саранин А.В. Зотов М. Катаяма. Введение в физику поверхности. Москва: Наука, 2005.- 499 с.

3. Lifshits V.G., Saranin A.A., Zotov A.V. Surface Phases on Silicon. Chichester: Wiley, 1994.- 450 p.

4. B.T. Дубровский, Г.Э. Цырлин. B.M. Устинов. Полупроводниковые нитевидные нанокристаллы: синтез, свойства, применения. // Физика и техника полупроводников. 2009. - V. 43, N. 12.

5. Rashkeev S.N., Lupini A.R., Overbury S.H., Pennycook S.J., Pantelides S.T. Role of the nanoscale in catalytic CO oxidation by supported Au and Pt nanostructures. 11 Phys. Rev. B. 2007. - V. 76. - P. 035438.

6. Schlier R.E., Farnsworth H.E. Structure and adsorption characteristics of clean surfaces of germanium and silicon. 11 J.Chem.Phys. 1959. -V. 30, N. 4. - P. 917-926.

7. Duke C.B. The amazing story of semiconductor surface structures. // Progr. Surf. Sci. 1995. - V. 50. - P. 31-43.

8. Jarek Dabrowski Hans-Joachim Mussig. Silicon surafces and formation of interfaces. Singapore: World Scientific Publishing Company.- 550 p.

9. В. Г. Лифшиц С.М. Репинский. Процессы на поверхности твердых тел. Владивосток: Дальнаука, 2003 - 723 р.

10. Kotlyar V. G., Zotov А. V., Saranin A. A., Kasyanova Т. V., Cherevik М. А., Pisarenko I. V., Lifshits V. G. Formation of the ordered array of A1 magic clusters on Si(lll)7 x 7. 11 Phys. Rev. B. 2002. - V. 66, N. 16. - P. 165401-4.

11. Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A., Zotov A. V., Katayama M. Surface Science. An Introduction. Berlin, Heidelberg:. // Springer-Verlag,. 2003. - P. 440.

12. Park R.L., Madden H.H. Annealing changes on the (100) surface of palladium and their effect on CO adsorption. // Surf. Sci. 1968. - V. 11, N. 2. - P. 188-202.

13. Wood E.A. Vocabulary of surface crystallography. //J. Appl. Phys. 1964. - V. 35, N. 4. - P.1306-1312.

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

15. Abukawa Т., Wei С.М., Yoshimura К., Копо S. Direct method of surface structure determination by Patterson analysis of correlated thermal diffuse scattering for Si(001)2x 1. // Phys. Rev. B. 2000. - V. 62, N. 23. - P. 16069-16073.

16. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. Москва: Наука, 1978.- 792 с.

17. Котляр В.Г. Формирование и атомное строение наноструктур на поверхностях Si(lll) и Si(100). ИАПУ ДВО РАН, 2005, 271.

18. Yokoyama Т., Takayanagi К. Anomalous flipping motions of buckled dimers on the Si(001) surface at 5 K. // Phys. Rev. B. 2000. - V. 61, N. 8. - P. R5078-R5081.

19. Meade R.D., Vanderbilt D. Adatoms on Si(lll) and Ge(lll) surfaces. // Phys. Rev. B. 1989. - V. 40, N. 6. - P. 3905-3913.

20. Qian G.-X., Chadi D.J. Si(lll)—7 x 7 surface: Energy-minimization calculation for the dimer-adatom-stacking-fault model. // Phys. Rev. B. 1987. - V. 35, N. 3. -P. 1288-1293.

21. Robinson I.K., Vlieg E. X-ray reflectivity study of the Si(lll)7 x 7 surface. // Surf. Sci. 1992. - V. 261. - P. 123-128.

22. Horio Y., Ichimiya A. KinematicalanalysisofRHEEDintensitiesfromtheSi(lll)7x7 structure. // Surf. Sci. 1989. - V. 219, N. 1/2. - P. 128-142.

23. Tong S.Y., Huang H., Wei C.M., Packard W.E., Men F.K., Glander G.S., Webb M.B. Low-energy ellectron diffraction analysis of the Si(lll)7 x 7 structure. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1988. - V. 6, N. 3. - P. 615-624.

24. Такауападг 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. - P. 367-392.

25. Harrison W.A. Surface reconstruction on semiconductors. // Surf. Sci. 1976. - V. 55, N. 1. - P. 1-19.

26. Bennett P.A., Feldman L.C., Kuk Y., McRae E.G., Rowe J.E. Stacking-fault model for the Si(lll)—(7 x 7) surface. 11 Phys. Rev. B. 1983. - V. 28, N. 6. - P. 3656-3659.

27. Culbertson R.J., Feldman L.C., Silverman P.J. Atomic displacements in the Si(lll)—(7 x 7) surface. 11 Phys. Rev. Lett. 1980. - V. 45, N. 25. - P. 2043-2046.

28. Tromp R.M., Van Loenen E.J., Iwami M., Saris F. W. On the structure of the laser irradiated Si(lll)—(1 x 1) surface. // Sol. State Commun. 1982. - V. 44, N. 6. -P. 971-974.

29. 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.

30. Himpsel F.J. Structural model for Si(lll)—(7 x 7). // Phys. Rev. B. 1983. - V. 27, N. 12. - P. 7782-7785.

31. McRae E.G. Surface stacking sequence and (7 x 7) reconstruction at Si(lll) surfaces. 11 Phys. Rev. B. 1983. - V. 28, N. 4. - P. 2305-2307.

32. Ide Т., Nishimori Т., Ichinokawa T. Surface structures of Si(100)-Al phases. // Surf. Sci. 1989. - V. 209, N. 3. - P. 335-344.

33. Shimizu N., Kitada H., Ueda O. Cluster-ordered array on the Si (100) surface formed by A1 deposition. 11 Phys. Rev. B. 1995. - V. 51, N. 8. - P. 5550-5553.

34. Shimizu N., Kitada H., Ueda О. A1 growth on Si(001) observed by scanning tunneling microscopy. // J. Cryst. Growth. 1995. - V. 150. - P. 1159-1163.

35. Oshima Y., Hirata Т., Yokoyama Т., Hirayama II., Takayanagi K. Atomic structure of cluster-ordered array on the Si(001) surface induced by aluminum. // Surf. Sci. -2000. V. 465, N. 1/2. - P. 81-89.

36. Nagao Т., Hasegawa S., Tsuchie K., Ino S., Voges C., Klos G., Pfniir H., Henzler M. Structural phase transitions of Si(lll)-(\/3 x ч/3)Я30°-Аи: Phase transitions in domain-wall configurations. // Phys. Rev. B. 1998. - V. 57, N. 16. - P. 10100-10109.

37. Hasegava S., Nagai Y., Oonishi Т., Ino S. Hysteresis in phase transitions at clean and Au-covered Si(lll) surfaces. // Phys. Rev. B. 1993. - V. 47, N. 15. - P. 9903-9906.

38. S. Hasegawa, Y. Nagai. T. Oonishi N. Kobayashi T. Miyake S. Murakami Y. Ishii D. Hanawa, Ino S. // Phase Transit. 1994. - V. 53, N. 87.

39. Ding Y.G., Chan С. Т., Но К.М. Theoretical investigation of the structure of the (УЗ x УЗ) fl30-Au/Si(lll) surface. 11 Surf. Sci. 1992. - V. 275, N. 3. - P. L691-L696.

40. Falta J., Hille A., Novikov D., Materlik G., Seehofer L., Falkenberg G., Johnson R.L. Domain wall structure of Si(lll)(>/5 x Уз)Я30°-Аи. 11 Surf. Sci. 1995. - V. 330, N. 2. - P. L673-L677.

41. Hong I.H., Liao D.K., Chou Y.C., Wei C.M., Tong S. Y. Direct observation of ordered trimers on Si(lll)\/3x \/3R30o-Au by scanned-energy glancing-angle Kikuchi electron wave-front reconstruction. 11 Phys. Rev. B. 1996. - V. 54, N. 7. - P. 4762-4765.

42. Oura K., Katayama M., Shoji F., Hanawa T. Real-space determination of atomic structure of the Si(lll)- УЗ x УЗЛЗО—Au surface by low-energy alkali-ion scattering. // Phys. Rev. Lett. 1985. - V. 55, N. 14. - P. 1486-1489.

43. Kadohira Т., Nakamura J., Watanabe S. First-principles study on the atomic and electronic structure of the Au/Si(lll)-a(\/3x y3)R30° surface. // e-J.Surf.Sci.Nanotech. 2004. - V. 2. - P. 146-150.

44. Daugy E., Mathiez P., Salvan F., Layet J.M. 7x7 Si(lll)-Cu interfaces: combined LEED, AES and ELS measurements. // Surf. Sci. 1985. - V. 154. - P. 267-283.

45. Calliari L., Marchetti F., Sancrotti M. Metastability of the Si(lll)Cu interface. A spatially resolved Auger line shape spectroscopy investigation. // Phys. Rev. B. -1986. V. 34, N. 2. - P. 521-526.

46. Dallaporta H., Cros A. Atomic bonding at the Si-Au and Si-Cu interfaces. // Surf. Sci. 1986. - V. 178, N. 1/3. - P. 64-69.

47. Ringeisen F., Derrien J., Daugy E., Layet J.M., Mathiez P., Salvan F. Formation and properties of the copper silicon (111) interface. //J. Vac. Sci. Technol. B. 1983. - V. 1, N. 3. - P. 546-552.

48. Wilson R.J., Chiang S., Salvan F. Examination of the Cu/Si(lll)5 x 5 structure by scanning tunneling microscopy. // Phys. Rev. B. 1988. - V. 38, N. 17. - P. 1269612699.

49. Mortensen K. Frustration in the Si(lll) "Pseudo 5x5"Cu structure directly observed by scanning tunneling microscopy. // Phys. Rev. Lett. 1991. - V. 66, N. 4. -P. 461-464.

50. Chambers S.A., Anderson S.B., Weaver J.H. Atomic structure of the Cu-Si(lll) interface by high-energy core-level Auger electron diffraction. // Phys. Rev. B. 1985. - V. 32, N. 2. - P. 581-587.

51. Chambliss D.D., Rhodin T.N. Electronic and atomic structure of the Cu/Si(lll)quasi-5x5 overlayer. // Phys. Rev. B. 1990. - V. 42, N. 3. - P. 1674-1683.

52. Zhang Y.P., Yong K.S., Chan H.S.O., Xu G.Q., Chen S., Wang X.S., Wee A.T.S. Quantitative analysis of Si mass transport during formation of Cu/Si(lll)-(5x5) from scanning tunneling microscopy. // Phys. Rev. B. 2007. - V. 75, N. 7. - P. 073407-4.

53. Zegenhagen J., Fontes E., Grey F., Patel J.R. Microscopic structure, discommensurations, and tiling of Si(lll)/Cu-"5x5". // Phys. Rev. B. 1992. -V. 46, N. 3. - P. 1860-1863.

54. Koshikawa Т., Yasue Т., Tanaka H., Sumita I., Kido Y. Surface structure of Cu/Si(lll) at high temperature. 11 Surf. Sci. 1995. - V. 331/333, N. 1. - P. 506-510.

55. Kawasaki Т., An Т., Ito H., Ichinokawa T. Atomic structure and growth of the Cu/Si(lll)-"5x5" phase. // Surf. Sci. 2001. - V. 487, N. 1/3. - P. 39-48.

56. De Santis M., Muntwiler M., Osterwalder J., Rossi G., Sirotti F., Stuck A., Schlapbach L. Electronic and atomic structure of the Cu/Si(lll)'quasi-5x5' overlayer. // Surf. Sci. 2001. - V. 477, N. 2/3. - P. 179-190.

57. Neff H.-J., Matsuda I., Hengsberger M., Baumberger F., Greber Т., Osterwalder J. High-resolution photoemission study of the discommensurate (5.55x5.55) Cu/Si(lll) surface layer. // Phys. Rev. B. 2001. - V. 64, N. 23. - P. 235415-9.

58. Zotov A. V., Gruznev D.V., XJtas O.A., Kotlyar V.G., Saranin A.A. Multi-mode growth in Cu/Si(lll) system: Magic nanoclustering, layer-by-layer epitaxy and nanowire formation. // Surf. Sci. 2008. - V. 602, N. 1. - P. 391-398.

59. Kemmann H., Muller F., Neddermeyer H. AES, LEED and TDS studies of Cu on Si(lll)7 x 7 and Si(100)2 x 1. // Surf. Sci. 1987. - V. 192, N. 1. - P. 11-26.

60. Nakatani S., Kuwahara Y., Kuramochi H., Takahashi Т., Aono M. Study of thei(lll)"5x5"-Cu surface structure by x-ray diffraction and scanning tunneling microscopy. // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. - V. 40, N. 7A. - P.L695-L697.

61. Takayanagi K., Tanishiro Y., Ishitsuka Т., Akiyama K. In-situ UHV electron microscope study of metal-silicon surfaces. // Appl. Surf. Sci. 1989. - V. 41/42.- P. 337-341.

62. Yasue Т., Koshikauia Т., Jalochowski M., Bauer E. Dynamic observations of the formation of thin Cu layers on clean and hydrogen-terminated Si(lll) surfaces. // Surf. Sci. 2001. - V. 480, N. 3. - P. 118-127.

63. Gruyters M. Growth and structure of Fe, Co and Ni films on hydrogen-terminated Si(lll) surfaces. // Surf. Sci. 2002. - V. 515. - P. 53-60.

64. Dulot F.} Hanf M.-C., Wetzel P. Nanostructures growth on the Co-Si(lll)(\/7\/7)R19.10 surface reconstruction. // Surf. Sci. 2008. - V. 602, N. 7.- P. 1447-1452.

65. Allongue P., Maroun F. // J. Phys.: Condens. Matter. 2006. - V. 18. - P. S97.

66. Robinson J.Т., Ratto F., Moutanabbir O., Heun S., Locatelli A., Mentes T. Onur, Aballe L., Dubon O.D. // Nano Lett. 2007. - V. 7. - P. 2655.

67. A. Fleurencea, G. Agnusa. Т. Maroutiana В. Bartenliana P. Beauvillaina E. Moyenb, Hanbucken M. Elaboration of self-organized magnetic nanoparticles by selective cobalt silicidation. I j Appl. Surf. Sci. 2008. - V. 254. - P. 3147-3152.

68. Uchihashi Т., Nakayama Т., Aono M. Substrate dependent low-temperature growth of thin Ag films: Study on Si(lll)-In surfaces. // Jpn. J. Appl. Phys. 2007. - V. 46, N. 9A. - P. 5975-5980.

69. C. S. Jiang, Hongbin Yu. C-K. Shih Ph. Ebert. Effect of the Si substrate structure on the growth of two-dimensional thin Ag films. // Surf. Sci. 2002. - V. 518. - P. 63-71.

70. Paredis K., Smeets D., Vantomme A. Iron silicide nanostructure formation on Au induced superstructures on Si(lll). // Nanotechnology. 2009. - V. 20. - P. 75607.

71. Swartzentruber B.S. Direct Measurement of Surface Diffusion Using Atom-Tracking Scanning Tunneling Microscopy. // Phys. Rev. Lett. 1996. - V. 76, N. 3. - P. 459-462.

72. Amar J. G., Family F., Lam P. M. Dinamic Scaling of the Island -Size Distribution and Percolation in a Model of Submonolayer Molecular-Beam Epitaxy. // Phys. Rev. B. 1994. - V. 50, N. 12. - P. 8781-8797.

73. Venables J.A., Spiller G.D.T., Hanbucken M. Nucleation and growth of thin films. 11 Rep.Prog.Phys. 1984. - V. 47. - P. 399-459.

74. Miiller В., Nedelmann L., Fischer В., Brune H., Kern K. Initial Stages of Cu Epitaxy on Ni(100): Postnucleation and a Well-Defined Transition in Critical Island Size. // Phys. Rev. B. 1996. - V. 54, N. 24. - P. 17858-17865.

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

76. In Wiley John, Sons, editors, Practical surface analysischapter 4, . P. 85. 1990.

77. Marcus H.L. Auger electron spectroscopy. : Pergamon Press, 1993 666 p.

78. Seach M.P. Quantification in AES and XPS. , 1990.- 201 p.

79. Ho flung G.B. Spectroscopic techniques. : Marcel Dekker, 1998.

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

81. A.J. Melmed. The art and science and other aspects of making sharp tips. //J. Vac. Sci. Technol. B. 1991. - V. 9. - P. 601.

82. Eberhardt W. Clusters as new materials. // Surf. Sci. 2002. - V. 500. - P. 242-270.

83. Stangl J., Holy V., Bauer G. Structural properties of self-organized semiconductor nanostructures. // Rev. Mod. Phys. 2004. - V. 76. - P. 725-783.

84. Shchukin V.A., Bimberg D. Spontaneous ordering of nanostructures on crystal surfaces. 11 Rev. Mod. Phys. 1999. - V. 71, N. 4. - P. 1125-1171.

85. Brune H., Giovannini M., Bromann K., Kern K. Self-organized growth of nanostructure arrays on strain-relief patterns. // Nature. 1998. - V. 394. - P. 451453.

86. Chado I., Padovani S., Scheurer F., Bucher J.P. Controlled nucleation of Co clusters on Au(lll): towards spin engineering. 11 Appl. Surf. Sci. 2000. - V. 164. - P. 42-47.

87. Vasco E. Metal-cluster nanoarrays on Si(111)7x7: Rate equations and kinetic Monte Carlo simulations. // Phys. Rev. B. 2004. - V. 69, N. 7. - P. 075412-5.

88. Vasco E. Mechanisms of preferential adsorption on the Si(lll)7x7 surface. // Surf. Sci. 2005. - V. 575, N. 3. - P. 247-259.

89. 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.

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

91. Lai M.Y., Wang Y.L. Self-organized two-dimensional lattice of magic clusters. 11 Phys. Rev. B. 2001. - V. 64, N. 24. - P. 241404-4.

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

93. Kubo O., Ryu J. Т., Tani H., Harada Т., Katayama M., Oura K. Direct observation of strained layer formation at the initial stage of In thin film growth on Si(100). // Jpn. J. Appl. Phys. 1999. - V. 38, N. 6B. - P. 3849-3852.

94. Evans M.M.R., Glueckstein J.C., Nogami J. Indium on Si(001): Growth beyond the first atomic layer. // Surf. Sci. 1998. - V. 406, N. 1/3. - P. 246-253.

95. Saranin A.A,, Zotov A. V., Kotlyar V.G., Okado H., Katayama M., Oura K. Modified Si(100)4x3-In nanocluster arrays. 11 Surf. Sci. 2005. - V. 598, N. 1/3. - P. 136-143.

96. In Bonzel H. P., editor, Physics of Covered Solid Surfaces, volume 111/42 of Landolt-Bomstein (New Series). P. 455-530. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2001.

97. Voigtlander B. Fundamental Processes in Si/Si and Ge/Si Epitaxy Studied by Scanning Tunneling Microscopy during growth. // Surf. Sci. Repts. 2001. - V. 43, N. 5-8. - P. 127-254.

98. Ryu J.-Т., Kui К., Noda К., Katayama M., Oura K. The effect of hydrogen termination on In growth on Si(100) surface. // Surf. Sci. 1998. - V. 401, N. 2. - P. L425-L431.

99. Ikeda Т., Kawashima Y., Roh H., Ichinokawa T. Surface structures and growth mode of the Cu/Si(100)2xl surface depending on heat treatment. // Surf. Sci. 1995. - V. 336, N. 1/2. - P. 76-84.

100. Ichinokawa Т., Inoue Т., Izumi H., Sakai Y. Epitaxial growth in Cu/Si(001)2 x 1 at high temperatures. // Surf. Sci. 1991. - V. 241, N. 3. - P. 416-424.

101. Gruznev D.V., Olyanich D.A., Avilov V.A., Saranin A.A., Zotov A.V. Growth of In nanoclystallite arrays on the Si(100)-c(4xl2)-Al surface. // Surf. Sci. 2006. - V. 600, N. 22. - P. 4986-4991.

102. Гиваргизов Е.И. Кристаллические вискеры и наноострия. // Природа. 2003, N. 11. - Р. 20.

103. Опта К., Hanawa Т. LEED-AES study of the Au-Si(lOO) system. // Surf. Sci. -1979. V. 82, N. 1. - P. 202-214.

104. Chen Y., Ohlberg D.A.A., Williams R.S. Nanowires of four epitaxial hexagonal silicides grown on Si(001). // J. Appl. Phys. 2002. - V. 91, N. 5. - P. 3213-3218.

105. Nogami J., Liu B.Z., Katkov M.V., Ohbuchi C., Birge N.O. Self-assembled rare-earth silicide nanowires on Si(001). // Phys. Rev. B. 2001. - V. 63, N. 23. - P. 233305-4.

106. Okino H., Matsuda I., Hobara R., Hosomura Y., Hasegawa S., Bennet P.A. In situ resistance measurements of epitaxial cobalt silicide nanowires on Si(110). // Appl. Phys. Lett. 2005. - V. 86, N. 23. - P. 233108-3.

107. Narusawa Т., Komiya S., Hiraki A. Diffuse interface in Si (substrate)-Au (evaporated film) system. // Appl. Phys. Lett. 1973. - V. 22, N. 8. - P. 389-399.

108. Le Lay G., Faurie J.P. AES study of the very first stages of condensation of gold films on silicon (111) surfaces. // Surf. Sci. 1977. - V. 69, N. 1. - P. 295-300.

109. Chizhov I., Lee G., Willis R.F. Initial stages of Au adsorption on the Si(lll)-(7x7) surface studied by scanning tunneling microscopy, j j Phys. Rev. B. 1997. - V. 56, N. 19. - P. 12316-12320.

110. Yeh J.-J., Hwang J., Bertness K., Friedman D.J., Cao R., Lindau I. Growth of the room temperature Au/Si(lll)-(7 x 7) interface. // Phys. Rev. Lett. 1993. - V. 70, N. 24. - P. 3768-3771.

111. Okuno K., Ito Т., Iwami M., Hiraki A. Presence of critical Au-film thickness for room temperature interfacial reaction between Au(film) and Si(crystal substrate). // Sol. State Commun. 1980. - V. 34. - P. 493-497.

112. Iwami M., TeradaT., Tochihara H., Kubota M., Murata Y. Alloyed interface formation in the Au-Si(lll)2 x 1 system studied by photoemission spectroscopy. // Surf. Sci. -1988. V. 194, N. 1/2. - P. 115-126.

113. Su W.B., Chang S.H., Jian W.B., Chang C.S., Chen L.J., Tsong T.T. Correlation between quantized electronic states and oscillatory thickness relaxations of 2D Pb islands on Si(lll)-(7x7). // Phys. Rev. Lett. 2001. - V. 86, N. 22. - P. 5116-5119.

114. Chang S.H., Su W.B., Jian W.B., Chang C.S., Chen L.J., Tsong T.T. Electronic growth of Pb islands on Si(lll) at low temperature. // Phys. Rev. B. 2002. - V. 65, N. 24. - P. 245401-6.

115. Sasaki M., Yuhara J., Inoue M., Moriia K. Studies on 2D Au-Cu binary adsorbates on Si(lll) surfaces by means of combined LEED/AES/RBS techniques. // Surf. Sci. 1993. - V. 283, N. 1/3. - P. 327-332.

116. С. С. Косолобов А. В. Латышев. Влияние вакансии на распределение атомных ступеней на поверхности кремния (111). // Вестник НГУ. 2007. - V. 2, N. 2. -Р. 40-50.

117. Zhian He David J. Smith, Bennett. P. A. Endotaxial Silicide Nanowires. // Phys. Rev. Lett. 2004. - V. 93, N. 25. - P. 256102. Co.

118. Pirri C., Peruchetti J.C., Gewinner G., Bolmont D. Annealing studies of the Co/Si(lll) interface. // Sol. State Commun. 1986. - V. 57, N. 5. - P. 361-364.

119. A.V. Zotov, D.V. Gruznev. O.A. Utas-V.G. Kotlyar A.A. Saranin. Structural properties of Cu clusters on Si(lll):Cu2Si magic family. // Surf. Sci. 2008. - V. 602. - P. 391-398.

120. Khrarntsova E.A., Ichimiya A. Comparative study of room- and high-temperature Si(lll)-(\/3 x \/3)i?30o-Au structures using one-beam RHEED intensity rocking-curve analysis. // Phys. Rev. B. 1998. - V. 57, N. 16. - P. 10049-10053.

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

122. Grozea D.; Bengu E., Marks L.D. Surface phase diagrams for the Ag-Ge(lll) and Au-Si(lll) systems. 11 Surf. Sci. 2000. - V. 461, N. 1/3. - P. 23-30.

123. Yamanaka Т., Ino S. Transition from overlayer growth to alloying growth of Ga on Si(lll)-a-(\/3x \/3)-Au. // Phys. Rev. Lett. 2002. - V. 89, N. 19. - P. 196101-4.

124. Nagao Т., Voges C., Pfnuer H., Henzler M., Ino S., Shimokoshi F., Hasegawa S. Diffraction from small antiphase domains: a-\/3 x л/З, Р~у/х\/3, 6x6 phases of Au adsorbed Si(lll). 11 Appl. Surf. Sci. 1998. - V. 130/132. - P. 47-53.

125. Sakai H., Khrarntsova E.A., Ichimiya A. Metastable ordering of domain walls into Si(lll)(2\/2l x 2%/2T)R(±10.9°)-Au structure studied by RHEED and STM. 11 Jpn. J. Appl. Phys. 1998. - V. 37, N. 6B. - P. L755-L757.

126. Seifert C., Hild R., Horn-von Hoegen M., Zhachuk R.A., Olshanetsky B.Z. Au induced reconstructions on Si(lll). // Surf. Sci. 2001. - V. 488, N. 1/2. - P. 233-238.