Исследование систем полупроводники A3B5(110)+Ag в интервале температур 10-300 К тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

на правах рукописи

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

БОЛОТИН ИГОРЬ ЛЕОНИДОВИЧ

УЖ 539.211:533.219.3

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ПОЛУПРОВОДНИКИ лэв5{110)+Ав В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 10-300 К.

Специальность 01.04.07 - физика твёрдого тела "

Автореферат диссертации ка соискание учёной степени .кандидата физико - математических наук.

Черноголовка,1991

Работа выполнена а Институте Физики Твёрдого Тела АН СССР.

Науный руковоиггель-.статор фйзйко-мзтематических наук, заведующий лабораторией Грезужо В.А,

Официальные оппоненты-яоктор $?.зихо-!.зтематЕческ;ас кзук, профессор Вауивец А.Г. доктор фязлко-кгтематкчэских наук, Ольконсщай Б,S.

Эедуиая организация-Институт Кс::сталлографк АН СССР

Заазта состойся " 2" Q CÇaJ\34\ г. б /&час-

«з aacsssiiiîz Споц~а^зк?2Езкнп:гс1/совета Д.ооз.гг.ох пра йно-■r.rr/rs £кзяки Твёрдого Тедь АН .СССР п.0 зЛрзсу: 142432, Московская сбд.. п,Черноголовка. Ï3TT АН СССР.'

С сгсоертзцяей иакно ознакомятся s бгСдгогвке Ейегйтутг &32KS Твёрдого Телз АК (XF?.

ejepa? разослан " / " issi г.

Учёный секретарь ^^."зз^ранзнг-кг'го совета ^

джте? ¡^згао-кэтеаетгческис // ОЛ-А-Д/-

наук / 3. Д. Ку-"2ксес:-з£й

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ < .

Актуальность темы. Поверхность твёрдых тол в' последние : м-2о лет стала объектом интенсивных исследований. Возросший ■ интерес к этой 'проблеме объясняется её практической вакноо-^ тью.В развитии современной электроники имеется ярко выражен! ная тенденция к уменьшению габаритов приборов, созданию, интегральных схем на основе пленарной технологии, в которых поверхностные эффекты играют значительную роль.

Развитие физики поверхности полупроводников и их границ раздела с металлами выдвинуло ряд проблем. Главная из них состоит в необходимости выявить причины различных поверхностных явлений, вскрыть природу 'последних на атомарном уровне и найти взаимосвязь между ними. Решение этой проблемы - путь к управлению 'свойствами поверхности и границ раздела. В этой связи необходимы эксперименты, проходящие- в жёстко контролируемых условиях и только на тех объектах, которые гокно охарактеризовать с максимальной степенью достоверности.

Экспериментальное определение структуры и свойств поверхности долгое время было неосуществимой задачей, и было связано с проблемой создания атомноглэдких и достаточно чистых поверхностей, а тзюте о их сохранением б течении достаточно долгого времени. Указанные требования в настоящее время реализуется в оверхЕысоковэкуумных камерэх оояременных спектрометров.

Выяснение кристаллографической структуры, химического состава и электронных свойств чистой поверхности полупроводников, а также после адсорбции атомов металлов, представляет 'фундаментальный и технологический интерес.-В этой связи особый шггерео вызывает система -полупроводники дэп5 (сЬде, тп'р, 1пЛз и тпйь) . Действительно системы о серебром, с одной стороны, можно считать "простейшими", для которых в значительной степени ослаблены эффекты химического взаимодействия, с подложкой (что упрощает из'/чение), а о другой стороны} эти системы исключительно важны о практической точки зрения. Заметим, чт" даже в случае таких простых систем; имеются значительные пробелы в экспериментальных исследованиях и в йн-тернретэции результатов, полученных в области температур от*, "комнатной V выше.

Исследования при низких температурах позволяют надеется получать некий аналог "модельной" системы, где отсутсвуют (или сильно ослаблены) эффекты поверхностной и объёмной диффузии, химического взаимодействия и т.п. Сравнительный анализ ■таких "модельных" систем, и систем, полученных при зоо к, дает возможность выявить причины отклонения поведения последних от "модельных". Кроме этого, эксперименты при ю к имеют самостоятельный физический интерес как исследования образования границы раздела и двумерной системы атомов а& в новых низкотемпературных условиях, что может привес.'К и к новым результатам, а следовательно и к продвижению в понимании некоторых "высокотемпературных" свойств (тгз о к). Следует отметить, что к началу настоящей р^богы в литературе 'не было опубликовано ни одной статьи, посвященной низкотемпературным исследованиях!. Это обстоятельство в значительной отепени определило постановку задачи. ■•

" Целью работы являетоя комплексное исследование о помощью Нескольких методик (оже - электроьчой спектроскопии (ОЗС), дирекции медленных электонов (ДМЭЬ спектроскопии характеристических потерь энергии электронов (СХПЭ) и ультрафиолетовой ■Тотоэлскоронной спектроскопии (УФЗС)) систем ав-полупроводник 1ЭВ5 (¿пАб, 1п1', 1т|Дч и' 1псь) в процессегадсорбции серебра н/ Ьодложку при зоо к, или пру к, а текке во время пооледую-Наго согрева до комнатной температуры. , '"Научная новизна работы заключается в следующем:

1,- Впервые с использова\ием методов ОЗС, ДМЭ, СХ11Э и УФЗ< проведены исследования систем а3вьошная в процессе адсорб Ц1;и ая на'подложки СаАп, ГпР, шаб, 1пзь,-охлаждённые до тем ператур к. \ •

2.'Сочетание зсех использованных методов позволило выявить с отношение крйо'га;.д>графичвокой струкгурч, химического состав и -морфологии .получаемых покрытий Ай, а также электроннь свойстй систем Аб~А3вв(Ш>).

5. Обнаружено, 470 в системе.пбь(по) аи при- ю к и ощ прс иохбднт фазовый переход "аморфная "-"лёнка" —» "кристалличесш илёнка", структура плёнки при этом -шеет необычную для серэ( ■ра 0ПК-" Шумфлквазао,. также отличаются и елик -ровные свЬйот 8ТОЙ ойпВмн. -

4. Многообразие полученных картин ДМЭ, причины' появлении или отсутствия дифракционных структур можно объяснить- при сравнении параметра несоответствия 'определённых периодов плёнки и подложки.

5. В процессе адсорбции Ag при ~1'0 к наблюдается "дерелакса ция" поверхности a3usuio), что приводит к формированию элек-троннннх состояний "идеальной" говсфхносги, з ПС поверхнооти ■после скола исчезают при o-i.

Практическая у-нность полученных результатов состоит в том что: о

- они, во-первых, расширяют наши представления о процессах формирования систем полупроводн: : - металл. Это особенно важно, если учесть, что в развитии современной электроники поверхностные эффекты играют значительную роль;

- во-вторых, выявлена возможность получения при ю к тонких покрытий дя необычных свойств, а именно, в новой кристаллической структуре OIUi-Ag, что, возможно, найдёт свое применение.

. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзных Конференциях по Физике Поверхности (Каунас., 1'9'87 г.: Черноголовка, 1989 г. ); 2-й Международной Конференции по Физике и Технологии GaAn и других Полупроводников ш-v (Будапешт, Ренгрия, Ю8Г. г'.;; Игй Конференции по Физике и Xi лии. Поверхности Полупроводников • (Солт -Лейк-Сити, СП1Л, 1987 г.')-; ч-ом Симпозиуме по Физике Поверхности (Бечин, ЧСФР, 1987 г.}-, Секции Научного Совета по Физике Поверхнс^ти (Махачкала, ШЯ7 г.); ).о-й Европейской Конференции по Физике Поверхности (Болонья, Италия, 1Я88 г. ); и-й Международной Конференции по Электронной Спектроскопии (Гонолулу, США, um г.. )-, 9-й Международной конференции по Вакуумному ■ Ультрафиолету и Радиационной Физике (Гонолулу, США, 1989 г.!; 7-й Международной Конкуренции по Физике Поверхности и и-ом Международном Вакуумном Конгрессе (Кельи, ФРГ, 1989 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано, в отатей, список которых пригоден в конце автореферата.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из' введения, четырёх jлав, заключения и списка литературы. Объём работы составляет 157 стр., включая 34 рисунка и 8 таблиц; описок литературы содержит 139 наименований.

-з-

у/. : СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

-.ведение содержит общую характеристику работы, обоснование Актуальности выбранной темы," цель и научную новизну.

В первой главе дан обзор литературных данных. В первом параграфе главы приведены основные дашшб об атомной и электронной структурах поверхностей полупроводниковых соединений типа , aV* и различных моделях релаксации поверхностей <ио) этих полупроводников. Говорится, что у "совершенных" граней шо) соединений аэв5 отсутствуют поверхностные состояния (НО) в запрещённой зоне. Огсутствие ПС в щели полупроводников a3us (кроме Gafj) подтверждается и теоретическими расчётами тля ряда моделей поверхностной перестройки. Расчёты идеальной грани (llo) показываете наличие ПС в запретечной гоне.

Второй йараграф первой г;ывы посвящен различным аспектам роста тонких покрытий металлов на различных подложках. Рассмотрены результаты исследований морфологии роста плёнок, их структуры и химического состава. Отмечено, как на рост тонких металлических плёнок влияет множество параметров, что делает йряд ли возможным точное описание все)- сторон этого процесса.

, Р заключительной части литературного обзора говорится о 'проблемах изучения электронных овойств границы раздела металл-полупрово.?£гик (барьеры ДОотгки). Эта глава, в основном, посвящена ЬЙпрооам "высокотемпературных" (т~гоо к) иослодавящй атомных металлических ела:в ет поверхностях скола полупровод- . кикой.'А3'«6 я условиях сверхвысокого вакуума.

, На основе анализа &коп фиментальных данных поставлена цель диссертационной работы, определена Группа исследуемых систем и йбпользуошх методик. " ; •

' Во второй главе приведены результаты исследований, прове-'Лённых методами УФЭС и,СИЮ. В начале глапй приводите.! огшеа-' ниё'экспериментальной установки..

'Bob ¡юотдолэт'п проводились на электронном- спектрометре escala6-s. В целом вакуумная бйотема позволяла Ьоддорживать в .установка вакуум i-*i■ ю"10 торр лаяо во время напыления плёнок серебра. Атомврно-чйотвя -поверхность получйлаоь методом околй непосредствен) вакуумной «ммэра. Были использованы 1_Ьбрйацы и .п- и р- ф'ипов, а вменю: Was -. а-ю^гчо", ofci'f

. (h'(. Й ?:io19 fiM"-rt(jf)i a-iu^-io^ u»{-3(n),"-"!3'Vo,e*.

/ ....

l-io10 ом"э(р); itiAs - 2-ia"*c-10,n СМ"9*»), гб'Ча-к." ом"э (р)j inSb - см'^п). В экспериментах попользовался про-

стейший иоточник потока ооребра, а именно, напыление велось при нагреве серебра и танталовой "корзинке" через которую пропускало и поотоннный ток стабильностью но ниже 5-1 г)"'". П танталову» корзинку помещалось серебро чистотой пн.овойпЯ!. Скорость напыления регулировалась и диапазоне io"4*r>-1 о"г монсюлоя в оокуиду и измерялась кварцевым толщиномером, Бое приведенные в работе покрытии указяш в моноолоях, о.-'Олин монослой лд, ö ' зависимости от подлокки, определяет различно?! количество атомов серебра, т.о. о-1 тоидеотш.лго в,йо- Iо11 атомов на смй поверхности (1 юесли подлсзшса «пЛз; 8,21-ю14 ат./см*для inl'i 7, 7п ю14 :зт./смя для jnAs и «, v 1 • 1 о * * ат./емг для 1пкь, Нин-котемпоратугчая приставка позволила проводить эксперимента н интервале температур ig*mo к о сохранением п'-чеуумч, перемещения образца по трём координатам, вращения нп зчо", что обеспечило возможность применения всех методик установки.

ГГорол рассмотрением экспериментальны* результатов по №-)0 и СХГ1Э папоминакггея принципы работы данных Методик и аспекты применения в изучении электронных состояний потрхнооти,

В методе УФХ на поверхность обряг>"п падает монохроматическое излу юние стандартной голишюй газоразрядной лампн, соединённой о вакуумной камерой' длинным /зким капилпром (диаметр ш) и о двумя стадиями дмОДсропциальной откачки, что позволяло при работающей лампе иметь рабочее давление в i jmo-рс • 1 о"3 торр. Пучок фотонов из лампы (ы»я 1,22 5>H-5fl4-i<r,ft м, а ширина линии несколько f.DBi переход 2р('р) —> l:i('.'>) или. ЯоI) падал на образец под углом ~<ir/\ Омиттируемые перпенди-тсулврно поверхности электроны собиралиоь линзовой системой (в аттпертуро *зь) и анализировались по анергиям в гюлусферичес-ком анализатора спектрометра.' Имелаоь возможность записывать спектры УФОС (а также ООО ч. СХПЭ) в память компьютера "Appio ii" и впоследствии обрабатм. зть п нужной степени. О ириблико- . нии незапИсимых частиц закон о сохранен! ч энергии во время процесса фотсэмиосии можно записать в следующем вило: ht>-VVW- Здесь пк - кинетическая энергия фотоэлектрона, определяемая по отношению к "уровню вакуума" кг) (уровень энергии' свободного гзл'л'.тронч вне твердого тела); к • онерти^ связи

олектрсш до возбуждения, определяемая по отношению к уровню Ферми на поверхности V - работа выхода-из твёрдого тела, определяемая по отношению к "уровню вакуума" ео. В таком процессе энергии йозбукдения Ьо, по крайней мере, не меньше работы BUxo.ua, и видно, что только электроны , которые будут иметь чморгига, нр'ншшагцуго "уровень вакуума", смогут выйти из твердого тела и быть зафиксированы. Измерение кинетической энергии при данном ьи даёт, таким образом, энерыя связи электрона .перед его возбуждением. В одноэлектронном приближении энергетическое распределение эмиттируемых электронов овпзано о Плотностью зчполпогчых энергетических уровней твёрдого тела. V процессе) адоорбции серебра изучается влияние эдеорбата на структуру спектра и делаются качественные шкода об изменении плотности состояний, работы выхода у или других параметров.

ЖЮ попользовалась и для выявления динамики формирования барьера Шопки при малых степенях покрытий о. Образец во время эксперимента находился в электрическом контакте со спектро метром ("заземлён"). При &том происходит автоматическое выравнивание уровней Ферми образца и спектрометра. В таких условиях любое изменение изложения уроинн Ферми на поверхности образца »и:*) должно ппиводить к смещению получаемого о перге-гичоокогоСпектра как целого (на фоне существующего распределении вторичных ол^'.тронов, че сб.:.>атольнс0 подчиняющихся этому правилу). Наиболее ярко отот эффект на 'опектрах должен наб-дгодатьси вблизи пу (т.е. г тс интенсивность вторичных электронов минимальна). Получая ьйличину онарготичоского смещения ярких Пиков п-спектрах можно выявить зависимость изменения от величйны покрытия о. Известно, что поверхности окола (по) кристаллов аэнв не обладают ЦС в запрещённой. зоне электронного споктрэ, т.ч. имось-место случай "плоских" зон. Это гюзпо лнлО пдсиить далущоиио,, что на атомчрно-чиотой1 поворхноти образцов и здесь тоже отсутствует изгиб з( ч. Поэтому на гр •!«• кох откладывалось швиеимооть нож »конин уровня Ферми на поверхности (и") отнбситс лыю зон полупроводника от степени покрытия. Т.к. речь идет об огнояш^.к». «х величинах, то ошибка '. -..'¡'оперименга обусловлена не разрешат .1 опособноотью опоктрйт >!тра 1?/о,' эПЬ а точнм'п.ю опродечек.,?! формы чика (отношйниа сигнала к шуму)'« Я Данном случае сиз не превышала о, об о В. (

В метода СХПЭ поверхность бомбардируется электронами (использовалась энергия первичного пучка Ер~гоо эВ и шириной линии "0,5 эВ) и производится анализ энергетического распределения неупруго рассеянных электронов. Большинство таких электронов испытывает только одно неупругое столкновение и они теряют свою энергию ДЕ на возбуждение основного перехода в,твёрдом тело, а в наблюдаемом спектре появляются пики при Ер-Л1!. Наблюдаются два типа переходов в объёме: мпогочастичный "плазменный" переход и одночаотичные переходы, связаннчо о возбуждением электронов в объеме. Кроме этого ."существуют и возбуждения колебательных мод, но для их наблюдения необходимо более высокое энергетическое разрешение. Б экспериментах обрабатывались оп'ктры не интенсивности огранённого сигнала, а его агорой производной (амплитуда модуляции ~1+],в В).

СХПЭ является естественным дополнением УФЗС в том смысле, что если последняя позволяет определить плотность заполненных состояний, то с помощью СХПЭ можно измерить энергии переходов из этих заполненных состояний в незаполненные.

Во второй части второй главы рассмотрены результаты УФЗС и СХПЭ при исследовании систем л3и5(1 ю) 1-ая• Обсуждение начинается с системы ¿пЛэ(1Ю)+лв.

Показано, что поведение спектров при ю к и зоо к существенно различается. Так, при зоо к' наблюдается смещение всего спектра как целого в сторону Ер, что голорит о постепенном изгиб ч зон вверх (результаты по изменению загиба зон приведены на рис. Л. Вблизи кр1 когда ого,2, наблюдается формирование металлического крап ("ступенька") от серпбршшых островков. С другой стороны, при ю к происходит более резкое смещение спектра в направлении к кр, а максимальное смещение («о,с эВ) достигается уже при 1>*о,1. При этом форма спектра практически не меняется. В процессе дальнейшего напыления наблюдается уменьшение вклада ПС чистой поверхности скола образца (пик "л".), появление и рост в области энергий примерно на 1,4эВ"нижй.е нового пцка "В". Рост пика "в" прекращается при о» 11,25. Дальнейшее увеличение покрытия приводит к уменьшению амплитуды пика "в", который при ог4 ужо практически не видны на уровне фона (как и все другие пики подложки), Пик "в" исчезает й в . проц.ссе отогрева до комнатной температуры.

-7-

Оо—

-0>-

о

>

U

i1* ш

-0 6-

I«-

к> —

ю-7

о- ю к

© -300 к

о

--о-

•о« ©0

<S>

О ©

ft . ° О

о

о

о о

rjr

0 Ю

'Г

— V frío

-Г

ю

Ад ПОКРЫТИЕ (МОНОСЛОИ)

рио.1. Зависимость псиючин поворхностниго изгиба зон на aaAs ii-тин!) f) нятклшооти от температуры .подложки и величина о, Ошибки опродолеши изгиба зон поквзачз ишрху риоунка'. При-tiiuioHu розультнти при .;оо к (томные кружки) для трёх образцов, и iip^jo к (о!ютл>о цпужки) длч четырех.

''Различите.!! и .ючодопие оппкчtjOB CXillf. Коли идёт напыление при низкой температуре, то уж& где-то поело oía вое; оигпа-щ от, подложки но видны, о npi комнатной температуре они наблюдались но ihüm изученном интервале покрытий о. При отогреие енотом, получении« при lo к, когда плеи*;ч становится островко-ной, вновь"становятся n;t;uiu сигналы подложи..» Обращает на себя внимание иоь'одонио чикч, снизанного о переходами на поиер йпеютныо состояния (SC). Данный пик начинается в Ju'TopaTypd "попорхнОстннй пкоитои" (яиггосо ох11.оп) и связан о переходами МПЖДУ Gn.'1(1 (ИЛИ 1II4d> и пустыми Оп (ЙлИ 1п) поворхноот ими состояниями. Поя КомнатноР температуре существование se пика мпжпо проо лодит ь Но достаточно больших покрытий, а в процоосе . ня 11ЫЛ€Ч и я при ю к он исчезает уж) »;•: покрытиях монсюлоя, хоти продооюш.т наблюдаться все (чт шше пики .подложки,' в тем числи' it 1ю!ю|>х1кхзтпий илазмои. Б то же нрм", пооле отог-рва oopasmoi», ЯГ; инк частично гооитагавлигештоп. \

' , - -в-

Общее поведение спектров УФЭО и СХ11Э при комнатной температуре вполне укладывается в островковую модель роста плёнки серебра, т.е. длительное сохранение всех пиков говорит о том, что чаоть поверхности подложки не покрыта адсорбатом. При низкой температуре формируется сплошная плёнка серебра (см. главк iii и iv), что приводит к быстрому затуханий всех пщ.ов подложки. Необычное поведение пика 5Е и динамики изменения веди-чины БД (рио.1) прямо связаны о различной морфологией формирующегося покрытия лв.. Отмеченное поведение йк пика описывается ' несколькими причинами: во- первых, более равномерным покрытием при низкой температуре и предположением, что места адсорбции связаны с атомами йа; во-вторых, наличием при таком однородном покрытии заметным эффектом "дерелаксации" поверхности вадв(1ю) (см. дальше). Как ранее показано в теоретических и экспериментальных работах, пик заполненных ПС релаксированной поверхности саАзШО) лежит ниже края валентной зоны на 1-1,8 эВ. В наших экспериментах этот пик ("а") находится ниже ер на »2,9 эВ для околотой поверхности, т.е. на »1,5 эВ ниже края валентной зоны еу. Расчёты покаяыпашг, что у перелакированной поверхности (по) СвАб этот пик находился бы вблизи края валентной зоны. Напыление при ю к даёт'новые ПС (пик "и") при эВ ниже Ер. Поскольку при этом веоь спектр смещён в сторону в на о,5 эВ, то положение пика "в" оказывается1 № ~о,5 эВ ниже крап валентной зоны. Эта величина соответст^У6'1, положению максимума плотности заполненных ПС для нереляксирб^ ванной поверхности вадашо), которое оледуот из расчётов.• Из расчётов следует, что пик незаполненных ПС перелакированной поверхности садзшо) лежит на ~о,5 эБ нишз крап зоны проводимости ес. Поэтому, наблюдаемый изгиб зон на величину со,б о В (риол) при ого, 1 и.ю к можно трактовать как по.чвлгниа в запрещенной зоне незаполненных ПС при .энергиям нияе пс на «о,5 эВ (за счёт дерелаксации) и закреплек-и на них Е^

Таким образом, можно предположить, что. в процессе напылении дя на поверхность спАяШО), находящуюся при ю к, наблюдается "доролакеащ'н" этой поверхности. Посла отогрева плёнка вновь становится осгровковой, "дорелаксация" исчезает и спектры приобретают В1 д, ■ "характерный" для напыления ,при зоо ч.

Дало о рассматриваются другие подложи л:,&5(1Ю)."

. . В процессе напыления Ag на inP(iio) и ínAs(no) при ю к также как и в системе GaAs(iio)-Ag н спектрах УФЭС наблюда-. лооь при ого,i формирование новы: ПС вблизи Еу, которые исчезали при отогреве. В опектрах СХПЭ также наблюдается быстрое исчезновение пика se, который восстанавливается при отогреве. Таким образом, по аналогии, можно оказать, что наблюдаетоя "дорелаксация" поверхности этих подложек, "исчезающая" при переходе плёнки из сплошной (ю к) в островковую (зоо к).

Динамика формирования БШ позволяет оделать вывод о том, что закрепление к* определяется уровнями (относительно энергии ионизации данного полупроводника) и плотностью'различных НС границы раздела, Можно выделить влияние следующих ПС: ме-

таллоиндуцировапные ИЛИ HIGS (metal jnduced gap statos); npr-оушие отдельным атомам ИЛИ AIGS (adsórbate inducod gap status) ; дефектные в модели Спайоера. Показано, что ПС типа aigs характеризуются уровнем энергии »4,8-5,i эВ. Эта энергия объясняет отсутствие изменения загиба зон системы inSb-Ag.

В системо p-inP(iio)-Ag при ю к первоначально дсминиру-к?г ПС типа aigs, затем проявляются ПС идеальной поверхност? (из-за "дерелаксации"), и наконец, окончательно БШ определяется ПС типа migs. Энергетическое положение данных ПС таково, что зависимость имеет н- образную форму (рис.г). При зоо í пооле начальной стадии доминирования IIC типа aigs (плато i вавиоимости) "включаютол" другие ПС, наиболее вероятно дефек-• тного типа, хотя не исключена роль и IIC типа migs.

В системе inAs<iio)-Ag при ю к наблюдалось формирование ¿D- каналов (п- типа) с необычно большой величиной закрепления уровня Ферми выше\дна зоны проводимости (рис.з). Величин; такого "перехлёста" ер над ес, связанного о ПС типа aigs(a«)i достигает ~о,зб эв (n-inAs) уже при o~o,i и затем опадает i меньшей величине, определяемой (в соответствии о теорией) П( типа higs(inAs). При зоо к сразу на'-чнают доминировать migs.

В системе . .iSb(liO)-a6 наблюдается аномальное поведенш пиков Ag в спектрах УФЭС и СХПЭ, что, возможно, связано о формированием новой необычной структуры OIIK-Ag (см. главу iv) .Существенными здеоь могут быть и эффекты сильного перемешивания атомов подложки и адсорбата (см. главу ш).

Вгсь ход обсуждения результатов Ж)С и СХПЭ показал насу'

-ю-

5

о о.в

1 0Л

ЕК

4>

та о

К 0.0

х

» о

^ —

л

А о о

. аа 0 10"* 10"* 1 ПОКРЫТИЕ Аз (шзносяои)

<1.8

! 8 й • о.в

е в

оч

0.2

а

^ 0.0

(б)р-1пР(110)+А«,10 К

А'" * *

4-, с

* ♦

Ю-« 10"" ' 1

ПОКРЫТИЕ ¿3 (хоэоелоп)

10

В

О

жа.2. Положение в системе р-1пР(по)+ла в зависимости от (а)- напыление при зоо к, справа зависимость амплитуды срая металлических состояний на Ер (высота "ступеньки")! (б)-гапыленио при ю к, стрелками показаны районы, где начинают габлтодаться новы ПС вблизи Еу и металлические состояния на ("ступенька").

>ио. 9. Положение в.системе. 1пА8(ио)+А8 {(а)- для.п- и б) длл р- типа) в зависимости от температуры подлсгаш и ■. ¡еличины покрытия •

-и-

щную необходимость знания о структуре и составе образующегося покрытия.. Определению данных характеристик были поснящоны следующие две главы.

Во третьей главе приведены результаты исследований, проведённых методом ОЭС.На основе анализа зависимостей амплитуда 'ожз-сигналов от о, были сделаш выводы по морфологии роота серебрянных плёнок при различных температурах подложек полупроводников а3и5(1Ю), а также сделаны некоторые предположения по возможным эффектам химического взаимодействия.

Было показано, что при ю к образуется атомарно - рсэкап граница раздела серебро - полупроводник (СаАк, 1пАб, 1г>йь) о формированием оплошного покрытия со статистическим распределением атомов Ай по толщине. Это яю, в целом, справедливо и для системы 1п{41 нл-Ав, однако здесь наблюдается аномальное поведение оже-сигнала индия, что, по-видимому, обусловлг :о разрывом связи 1п и г, возмогашм замещением индия серебром и "флотацией" атомов индия на поверхности плёнки серебра.

При зоо к формирование покрытия ак идет о образованием островков (механизм Фольмзра-Вебера), а рост этих островков-сон ровождаетоя различными химическими эффектами.

Сравнение всех полученшх результатов показало, что среди изученных систем наиболее "реакционны" подложки 1пр(ио) и 1п5Ъ<1 ю). Для последней при зоо к происходит перемешивание атомов 1п и А« и сегрегация къ на поверхности островков а«.

Обработка результатов низкотемпературных исследований позволила получить в рамках допущенных предположений величины эффективной длины пробега электронов с энергией с в плёнке ле без потерь энергии. Для \:~з0-50 эв полученные величины на порядок отличаются от значений, приведенных в литературе.

В четвёртой главе приведены результаты исследований, проведённых методом ДМЭ, который позволил в совокупности о ОЭС йдвлатЬ выводы-о структуре поверхность.« покрытий да,

сравнении четырёх изученных систем было выяснено, что Ь зрения ДМЭ выделяется система ТпБъат-Дя. Три

фуШ: системы саа®то>-Ав, ^абО»о? -а« и 1пР(ио>-А8 ШШэШавТ Штзнгое поведение..

Прй 'На'пыДеНйи да на охлаждённую до ¥ подложку ^нъ йрй 1 да$рВДотшой- картине происходит превращение "фон

-12-

• -л

ff

I"..-:"

о А о . о

•л,!

i ift^11 -U* A/^f* *я\} M

ш [111}

о—3

9 ° / °\

/

'о о v о Г

^ о ф о '» §

° # о ° /. °

49

[010]

тшщжг

vc«*/

. H аз5А f— /

рио.4. Картина ДМЭ системы inSb(iio)+Ag (а) после найыления, при ~ю к до 6*9 (Ер®8з эв) со охемой наблюдаем. \ рефлексов (б, "где 1- основные рефлексы, соответствующие OllK(iio) структуре Ag, .2- сателлиты основных рефлекоов,' з- места расположения рефлексов подложки insb до. напыления), Пбказано возможное двумерное раоголожание атомов Ag, еоответствуМцего картине ДМЭ (в). Справа показана решётка ОЩ^" о'/парамет{ м ~з,4 .А, имеющая: такое же расположение атоюй'в плоскости Uioh '

-5л:,

—* структура". Это позволяет предаологог/ь, что здесь обнаружен фазовый переход "аморфная" пленка —» кристаллическая плёнка, который происходит при увеличении толщины плёнки выше критической величины. Построенная прямая двумерная решётка, отвечающая наблюдаемой дифракционной картине (рис.4), соответствует плоскости '(по) предполагаемой ОЦК структуре При этом имеют место следующие ориентационные соотношения: (по)ОЩСДд11 ШОНпйь; ШоЮШС И Е1 юЛпБЬ; Поо]011К и [юоЛпэь.

АЧ "9

Напыление, Аз на 1пзьто> при комнатной температуре не показывает какой либо кристаллической структуры в растущем слое. Однако при о>4 в процессе охлаждения наряду с сохранением рефлексов Хп5Ъ(ио)-1х1 начинает из фона формироваться картина, расположение основных рефяексов на которой аналогично вышеописанной ОЦК-а«. Эта трансформация Зона оказа-Ш&ь обратимой. При охлаждении, т.о. имеет место обратимый ■переход типа "плавление" —» "кристаллизация" островков а$.

Для оотальных систем выявлено: а) что, на вал г,, и,)' и зпАб !прй Ю К сплошное покрытие Ае имеет оильноноупорядсеннуго структуру (справедливо и для чибыпо), по для покрытий 0£п), В'направлении., параллельном цп'О] подложки, при о>п-'5 возникает ближний порядок, с 1~('2+з) -о,. , но в целом плёнка остаётся 'наупорядоченпой. Упорядочение плёнки происходит только в результате 'отогрева до температур ~зро к. При атом образуется со:о-игная картина ДМЭ, зависящая от подложки; б) При комнатной температуре серебрнниая плёнка на СпАзто), зприю) и ь.Аэаю) растёт с образованием островков, в форме призм и боковыми поверхностями которых являются плоскости п1к-ас( 1 и?. На гпбь 'при зоо ;к растут неупорядоченные оотровкиг в» при отогреве низкотемпературных систем сплошное покрытие превращается в ост-!ровковое. При отогреве систем 1пАб+Ав, СаАз+Аз и ]пр+А8, полу-Че'нных при ю К, образуется сложная система рефлексов от плён-'кй Ае которую можно разбить на рефлепы многодоменной структуры (наблюдается в гпая+аб и в тпбь+ав при (>¡4) и 'це'йбчйй 'рефлзкСОй '"йо'дулйрованной" (подложкой) структуры (для ^гй** я ыр) й й5(и1)-7х1 {для СаАэто,)1); т1) 'Йнс/г'оббр'йййё 'ГШ^'ейШ Картин ДМЭ, причины появления или 'й'оутб'гвйя 'структур 'йййно 'бб'ъ'яйнить 'при -сравнении параметра Й'ёсоот: УтсгёКп-Шре'.Чё'Х&иШ 'периодов 'ГСШНКй ¡й подложки.

-1И*-

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы

ОСНОВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследованы свойства систем полупроводник A3us(iio)-Ag в процессе напыления серебра при ю к и зоо к it 0=0-20.

2. Обнаружено, что в системе inSb(iio)-Ag при ю к и он4 происходит фазовый переход "аморфная плёнка" —• '"кристаллическая плёнка", структура плёнки при этом имеет необычную для _ серебра OUK- модификацию, также отличаются и электронные свойства этой системы.

я. В системе inSb<no>-Ag при охлаждении образцов, полученных напылением при зоо к обнаружен обратимый фазовый переход типа "плавление" —♦ "кристаллизация" островков Ag.

4. Сделано заключение, что всё наблюдаемое многообразие ' картин ДМЭ систем A3n5(iio)-Ag можно объяснить в рамках несоответствия определённых параметров плёнки и подложки.

5. В рамках сделанных предположений получены величины 1 и )*- эффективные длины пробега электронов о энергией t в сере- , брянной плёнке без потерь энергии. Боли е~зо-бо эВ, то полученные величины на порядок отличаются от .тех значений, которые приведены в литературе для. зависимостей длины пробега электрона без потерь энергии в твёрдом теле.

а. Показано, что среди четырёх изученных систем наибольшее химическое взаимодействие проявляют системы inP(no)-Ag и InSbCl10)-Ag,

7. Обнаружено, что напыление Ag на охлаждённую до ~ю к подложку (lio)A3n5, вызывает "дерелаксацию" последней. При этом формируются электронные состояния, характерные для "идеальной" нерелакоированной поверхности, полложки и исчезают ПС релаксированной чистой'подложки.

в. При изучении формирования БШ выявлено, что величина загиба зон при фиксированном о определяется соотношением плотно-оти ПС разной природы.' Установлено, что в процессе напыления на охлаждённую до к подложку при о<i основная роль в формировании БШ принадлежит ПС типа aigs. В случае■системы înAs-Ag эти ПС лежат гыше ес, так что при закреплений Ер образуется оильно обогащенный (п- тип) или иго-сроный слой, (р-тип) о аномально большой величиной загиба- зон к^яр»., не- наблвдавшо- >

-15-

гося ранее. Величина такого загиба досг„гает "0,35 эВ (для п-типа} уже при самых малыхгюкрытиях (e~o,i) и затем спадает к меньшей величине, определяемой (в соответствии с теорией) ПС типа higs(inAs), но конечное значение ef остаётся выше ес.

Основные результаты диосертации опубликованы в следующих работах:

1) В.Ю.Аристов, И.Л.Болотин, В.А.Гражулио. 0 наблюдении новой модификации Ag в системе inSb(iio)+Ag.- пиоьма в НЭТФ, 45(1), 1987, 40-51.

2) В.Ю.Аристов, И.Л.Болотин, В.А.Гражулис. Исследование системы inSb(iio)+Ag в интервале ю-зоо к при е±0-20 -монослоёв методами оже- электронной спектроскопии и дифракции медленных электронов. - ИЭТФ,- 93Ш2. 1987, 1821-1831.

3) v.yii.AriStov, i.l.Rolotin, V.A.Grazhtilis. Außer ol octroii spectroscopy and low- energy electron difrac'tioti iuvestim-t i on of the 1 nSb( 110 ) +Ag system at 10-300 К uit!h '0=0-20 imono-1 ay ors « — 3- Víi'C- Sei. Tochiiol . , H 5! Al, 1ЯВ7-, 'ОО'г-'Э'ОЭ,

.4) В.Ю.АрягсТвй., M. Болотин, В.А.Гракулис. 0 роли "дерелакса-ции" 'поверхности 'Ga^mo1) в формировании Сарве'ра Шоттки с «g . при ТО 'к-. - МГФ, -94 (12) ■ а0'88-, 27 0-275 . 5> В.Ю.Арястов, Й.Л.Болотин, В.А.Гряжулис, В.В.Каратаев. Исследование системы ïnAs'(iio)+Ag в интервале ю-зоо к при ô=o-i3 монослоёв методом СЗС и ДМЭ.- Поверхность: ФизикаI химия, механика, твв,7i-7e.

6) V.Yu.Ardstov-, î ,l..®oïotiu, V. A. Grazhul'is, V.'H.Zhtlin. l.EELS study o'f lire forlua'tï on o'f the Ag- semiconductor (Si, Ge, aV) ä'llte'r'f асе 'o't Í10 IK.- il. ï-lectr. 'SpecTr. Tiel. Then., 52, 1990, Ш'3-HÖ, Л

Ш ty.Yü.Ärüs't ov,, Ï .l,.'Boi]oti'n, V.Â.Grartmïïs, WS study of tho tio't'a'I- 'semiconductor i n't.e'rïnco Aë-aV tGafts, ïn)Vs, ïnV , 1 nïb") ïorma'tion a't 10 К.- Игу s. Scripta, 4 V, V9'90, VV-90.

>8) 'B.'D.Аристов; И.Л.Болотин, В.А.Грак; тас, А.Я.Нашельский. "йс-"следованйе систем GnAs'illO^Ag И TiiP(110)*Ag с 1Э-0-20 -монослоёв Методами ОЭС m ДИЭ 'при ю-зоо !к.- Поверхность: Физика, химия, 'механика, g., ти&о, '87-94.

• -gPs'Qîr-ir-ggÏT.. -За'Кч f92 .... Юбшё'м Дп.л. Ги.р, ЗЮ0з:кз. Игпо'ррафля '0ЙХФ -ÄH /ССОР