Изучение низкоразмерных структур металлов (Au, In и Mn) на поверхности кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

005055573

На. ирамах рукописи

ДЕНИСОВ Никита Витальевич

Изучение низкоразмерных структур металлов (Ан, 1п

и Мп) на поверхности кремния

Специальность - 01.04.10 Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 2 И0Я 2012

Владивосток 2012

005055573

Работа выполнена, п Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, г. Владивосток, РФ.

Научный руководитель: члеи-коррсспондснт РАН, профессор

Саранин Александр Александрович

Официальные оппоненты: Галкин Николай Геннадиевич

доктор физико-математических наук, профессор

Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН заместитель директора

Самардак Александр Сергеевич кандидат физико-математических наук, Дальневосточный федеральный университет доцент

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджет-

ное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет, г. Благовещенск

Защита состоится 14 декабря 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 005.007.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться и читальном зале Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио. 5, ИАПУ ДВО РАН.

Автореферат разослан 13 ноября 2012 г.

Ученый секретарі, диссертационного совета к.т.п., доцент ГамаюновЕ.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. Начиная с момента появления и по сегодняшний день основным направлением развития микроэлектроники являлась миниатюризация элементов микросхем. Согласно закону Мура |?| количество транзисторов в микросхеме удваивается каждые 2 года, соответственно. уменьшает«! и их размер. В настоящее время размер отдельных элементов микросхемы составляет менее 1(10 им, то есть, можно говорить о переходе от микроэлектроники к паноэлектронике. Новыми элементами микросхем будут двумерные, одномерные и нульмерные наноструктуры на поверхности. Эти наноструктуры будут обладать свойствами значительно отличающимися от свойств объемного материала, так как большую роль будут играть квапто-размерные процессы и влияние подложки. Таким образом, изучение свойств новых иапоматериалов является одной из основных задач современной науки.

Основной проблемой паноэлектроники на данный момент является получение наноструктур в промышленных масштабах. Используемые в настоящий момент методы, основным из которых является литография, приближаются к своему физическому пределу миниатюризации. Одним из новых, перспективных направлений получения наноструктур является самосборка. Суп, этого метода заключается в том, что при создании определенных условий система, может сама создать необходимые наноструктуры. При этом на конечный результат будут влиять не только макропараметры, такие как температура и давление, но и взаимодействие частиц с подложкой и взаимодействие частиц между собой. Таким образом, можно выделить два основных направления в современной папоэлектропике - изучение свойств и изучение; условий образования наноструктур.

В данной работе исследовались как взаимодействия наноча.стиц на поверхности кремния, что является важным для понимания условий самоорганизации, так и способ!,г модификации уже известных структур, с целыо изменения их свойств. Для изучения взаимодействия наночасгиц были выбраны магические кластеры, то есть кластеры одинакового размера и строения, 4хЗ-1п па поверхности Si(100). Такие кластеры могут формировать упорядоченные массив!,!, которые могут служить элементами новых схем или использоваться в качестве подложки. Исследование взаимодействия между кластерами позволит лучше попять причины образования упорядоченных массивов и возможные ну ги создания массивов с определен!ними

параметрами. Так как поверхность Si(100) пе имеет ярко выраженного потенциального рельефа, то поведение кластеров на этой поверхности должно определяться именно межкластерным взаимодействием.

В качестве одной из структур, возможность модификации которой мы исследовали, были выбраны пленки силицида марганца. Известно, что силицид марганца обладает магнитными свойствами, поэтому создание пла-парных свертонких слоев силицида марганца может представлять интерес для спинтроиики. Возможность получения пленки силицида, с различными поверхностными свойствами может быть полезна при ее интеграции в приборную структуру. Кроме того, исследовали влияние малых добавок Мп на свойства двумерных структур Ап на Si(lll).

В качестве основного метода исследований была использована сканирующая туннельная микроскопия. Этот метод дает возможность получить «изображение» поверхности с высоким разрешением, вплоть до долей нанометров. Это позволяет получить уникальную информацию о топографии поверхности и ее электронных свойствах.

Целью диссертационной работы является:

1. Иследование механизмов самоорганизации атомных кластеров на поверхности кремния

2. Исследование особенностей формирования силицидов марганца и влияние небольших включений марганца на структуру реконструкций An па, поверхности кремния.

Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Исследовать взаимодействие между атомными кластерами 4x3-In па поверхности Si(100)2xl в двух предельных случаях: при низкой и высокой концентрации этих кластеров.

2. Исследовать влияние небольших добавок Мп на атомную и электронную структуру реконструкций Si(lll)5x2-An и Si(lll)ft\/3 х \/3-Ап.

3. Исследовать особенности роста пленок моносилицида марганца в условиях дефицита кремния и поверхностные свойства, получившихся пленок.

Научная новизна работы. Работа содержит новые экспериментальные и методические результаты, наиболее важны« из которых следующие:

1. Обнаружено, при низких концентрациях атомных кластеров 4хЗ-1п на поверхности 51(100), для пар кластеров лежащих на одних и тех же димерных рядах кремния вероятность формирования пары кластеров с нечетными количеством димерон кремния между ними выше, чем с четными. Это связано с формированием топологического солитона в димерных рядах с четными парными расстояниями, который имеет дополнительную энергию в ~120 мэВ.

2. Обнаружено, что при высокой концентрации атомных кластеров 4x3-Тп на поверхности 81(100) вероятность найти парные конфигурации кластеров определяется их взаимным расположением. Это связано с различными напряжениями в подложке, которое возникает при различных взаимных расположениях кластеров. Наиболее часто встречаются пары кластеров в которых кластеры находятся рядом и имеют нулевые сдвиги вдоль основных кристаллографических направлений поверхности Я5(100). Такое расположение соответствует взаимному расположению кластеров р. полном массиве магических кластеров 4хЗ-1п.

3. Обнаружено, что малые добавки Мп изменяют периодичность, атомарное строение и электронные свойства, поверхностных реконструкций 81(111)5х2-Аи и 81(111)-о-\/3 х \/3-Аи, и приводят к формированию реконструкций 81(111 )Кх2-(Ап,Мп) и 11)2ч/£1х2\/5Т-(Аи!Мп) соответственно. Новые реконструкции могут содержать всего 1 атом Мп на элементарную ячейку.

4. В условиях дефицита кремния сформированы пленки моиосилицида марганца, терминированные атомами Мп. В отличии от пленок сформированных в нормальных условия и терминированных атомами Эь эти пленки имеют диффузионные характеристики, существенно отличающиеся от характеристик нормальных пленок.

Научная и практическая значимость исследования. Полученные в работе результаты имеют фундаментальное значение для понимания процессов самоорганизации атомных кластеров на поверхности $¡(100). В частности, выяснена роль влияния напряжений атомов подложки на процесс самоорганизации и формирования упорядоченных массивов. Модификация

фал золота адсорбцией небольшого количества магнитных атомоп (і) том числе атомов Мп) является перспективным способом сознания разбавленных магнитных полупроводников. В ходе исследований была, обнаружена возможность получать на поверхности пленки МііЗі домены двух типов. Оба домена являются атомарно гладкими, однако обладают разными диффузионными свойствами. Возможность получать пленку моносилицида с определенными поверхностными свойствами может играть важную роль при интеграции пленки в приборные структуры.

Результаты работы могут быть востребованы в дальнейших прикладных исследованиях.

Основные защищаемые положения:

1. Для пар кластеров 4хЗ-1п па поверхности Зі(ІОО) лежащих на одних и тех же димерных рядах кремния вероятность формирования пары кластеров с нечетными количеством димеров кремния между ними выше, чем с четными.

2. Вероятность образования парной конфигурации атомных кластеров 4хЗ-1п на поверхности Зі(ІПО) зависит от взаимного расположения кластеров. Наиболее часто наблюдаются пары в которых кластеры имеют пулевое смещение вдоль димерных рядов Бі(100), или нулевое смещение перпендикулярно димерным рядам. Такие взаимные расположения являются наиболее энергетически выгодными.

3. Метод формирования поверхностных фаз ві(111)Ых2-(Ап.Мп) и

при адсорбции незначительных количеств Мп (<0.1 МС) на поверхностные фазы Зі(111)5х2-Аи и 8і(П1)\/Зх л/З-Ли. Новые поверхностные фазы 8і(111)8х2-(Аи,Мп) и

8і(111)2\/2Їх2\/2Т-(А

п,Мп) содержат 1 атом Мп на элементарную ячейку. Фаза Зі(111)10х2-(Аи,Мп) имеет переменный состав и может содержать 1 или 2 атома Мп на элементарную ячейку.

4. Метод формирования пленки МпЗі на поверхности 8і(111) в условиях дефицита Бі. Такая пленка МпБі имеют ту же периодичность, что и пленка, полученная при обычных условиях, но обладает существенно отличными свойствами, в частности, имеет больший коэффициент диффузии для атомов Аи, Зі и Мп.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались на международных, российских и региональных конференциях, в том числе: XII Конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов (Владивосток, 2009г.); Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (Владивосток, 2010г.); Азиатской тпколе-конферепции по физике и технологии на-ноструктурных материалов АвСО-КАЖЖАТ (Владивосток, 2010г.); Девятом Российско-японском семинаре по физике поверхности полупровод-пиков ГиЗЯБ-О (Владивосток, 2010г.); Региональной научной конференции "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование" (Хабаровск, 2010г.); Азиатской школе-конференции по физике и технологии паноструктурпых материалов А й С О - N А N О М АТ (Владивосток, 2011г.); Десятой региональной научной конференции «Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование» (Владивосток, 2011г.); Десятом Японско-Российском семинаре по физике поверхности полупроводников ЛЛБЗЗ-Ю (Токио, 2012г.)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК, а также 10 тезисов докладов пред-ста.влеппых на молодежных, региональных и международных конференциях и семинарах.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 109 страниц, включая 01 рисунок и список литературы из 115 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика диссертации, где дается обоснование актуальности исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, приводятся основные положения, выносимые на

защиту, а. также отражаются научная новизна, и практическая значимость получпппых результатов.

В первой главе «Поверхностные фазы чистого кремния и систем In/Si, Au/Si, Mn/Si» представлен литературный обзор, в котором приведены базовые сведения о поверхностных фазах (ПФ), их строении и модификации. Кратко описаны основы двумерной кристаллографии. Описано строение поверхностных фаз чистого кремния Si(100)2xl и Si(111 )7х7. Также представлен обзор поверхностных фаз Si(100)4x3-In, Si(lll)5x2-Au и Si(lll)-a- V3 X у/д-А и. Описано формирование различных структур Мп па поверхности Si(lll), в том числе формирование пленки моносилицида марганца.

Во второй главе «Экспериментальная установка и методы исследований» приведено описание сверхвысоковакуумпой(СВВ) камеры в которой проводились эксперименты. Описана сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), которая являлась основным методом исследования. Также описаны экспериментальные методики получение СВВ, подготовка образцов и получение атомарно чистой поверхности кремния, подготовка СТМ игл. Рассмотрена методика моделирования методом Монте-Карло, используемая в данной работе.

В третьей главе «Взаимодействие между атомными кластерами на поверхности Si(100)» рассмотрено два проявления взаимодействия атомарных кластеров 4хЗ-1п на поверхности Si(100).

В первой части главы рассмотрено взаимодействие кластеров вдоль ди-мерных рядов ПФ Si(100)2xl. Известно, что поверхность Si(100)2xl состоит из цепочек асеиметричпых димероп кремния. В несимметричном димере один атом кремния находится выше другого и при комнатной температуре димеры постоянно переключаются между двумя возможными положениями за счет термических возбуждений. При температуре ниже 200 К переключение становится невозможным и димеры "замораживаются"в одном из возможных положений. При этом соседние димеры наклонены в разные стороны. Однако даже при комнатной температуре наличие дефекта па поверхности (например инородная частица) может приводить к остановке димера в одном из положений [?|. Фиксация димера так же может привести к фиксации соседнего димера, что приведет к фиксации следующего и так далее, создавая цепочки димеров г, чередующимся наклоном.

Существование такого взаимодействия между цепочками димеров и соседствующими частиц позволяет предположить, что цепочки димеров могут быть квази-одномерным проводником взаимодействия между частицами.

Рассмотрим случай когда два кластера находятся на одних и тех же димерных рядах. Цепочки фиксированных димеров идущих от кластеров могут встретится в фазе (в случае если расстояние между кластерами будет составлять нечетное количество димеров) образуя локальную периодичность с(4х2) (нечетные расстояния на рис. 1). В случае если цепочки фиксированных димеров встречаются в ггротивофазе между кластерами наблюдаются симметричные димеры (четные расстояния на рис. .1). Для удобства, пары кластеров находящиеся на одних и тех же димерных рядах, расстояние между которыми п элементарных ячеек обозначены как Ц,.

Риг. I: ОТМ изображение пар кла^ггерок, расположенных на одних и тех же димерных рядах с различным количеством димероп между ними, с различным п.

Исходя из принципов термодинамики было предположено, что пары кластеров Б« с четным п должны встречаться реже, чем пары кластеров с нечетным п, так как цепочки с четным п более восприимчивы к термическим колебаниям, а значит должны быть энергетически менее выгодны Для проверки этого предположения была набрана статистика количества пар кластеров Т\ в зависимости от п (1¥„) (рис. 2(а)). Данная статистика подтвердила предположение о том, что пары кластеров с нечетным п встречаются чаще, а значит более стабильны.

Собранная статистика (М„) затем сравнивалась со статистикой случайного распределения кластеров, полученного моделированием методом Монте-Карло. При моделировании не учитывались ни взаимодействие частицы с подложкой пи взаимодействие между частицами. Однако, в распределении полученном моделированием (линия на рисунке 2(а)), так же как к экспериментальном, вероятность обнаружить пару кластеров с определенным расстоянием между ними уменьшается с увеличением этого расстояния. Однако в распределении смоделированном методом Монте-Карло не наблюдается каких либо предпочтительных расстояний.

Для более наглядной иллюстрации четно-нечетных чередований в рас-

Расстояние, Эо 1 3 5 7 9 11 13

Расстояние, ао

Рис. 2: (а) Гистограмма распределения пар кластеров I) п полученная из экспериментальных данных. Линией показано распределение кластеров полученное методом Монте-Карло, (б) Верхний график показывает разность второго порядка для количества IV,, пар кластеров Г)„. Нижний график покалывает разность второго порядка для рассчитанной энергии Еп системы содержащей пару кластеров Г)».

пределеним количества, пар кластеров В„ приведена разность второго порядка, (Ып+Н от п (рисунок 2(6)), что позволяет избавится от монотонного уменьшения М„.

Для определения природы четно-нечетных чередований были проведены теоретические вычисления. Было обнаружено, что энергия Еп системы содержащей пару кластеров Б„ линейно зависит от п. Поскольку в энергию Еп большой вклад вносит энергия подложки, мы построили разность второго порядка, Е„+1 I ЕП_1-2ЕГ[, что бы явно показать относительные энергии пар кластеров Б„. Результат, показанный на нижнем графике рисунка 2(6), демонстрирует такое же четно-нечетное чередование, как и Н», что говорит об энергетической природе чередований в распределении расстояний между нарами кластеров. Чередования в энергии системы имеют одинаковую амплитуду в 240 мэВ, показывающую постоянную разность энергий в 120 мэВ между Е„ и (Еп+г4 Е„_1)/2. Другими словами, пара кластеров Г)п с: четным п имеет дополнительную энергию в 120 мэВ.

Компьютерное моделирование атомарной структуры показало, что между двумя кластерами в месте встречи двух последовательностей димеров с чередующимся наклоном, идущих от каждого кластера, образуется соли-тон.

На рисунке 3(а) показана модель пары кластеров Бщ с солитоиом в цен-

о верхний ® нижний «51 подложки 01п

Рис. 3: (а) Схематическая атомарная модель пары кластеров Ощ с двумя топологическими солитона.ми расположенными в центре цепочки. На вставке показаны 8 наиболее деформированных связей между атомами кремния возле топологического солитоиа (показаны более темными линиями), (б) Смоделированное СТМ изображение соответствующее (а), (в) Экспериментальное СМТ изображение, снятое при комнатной температуре. (г) Смоделированное СТМ изображение соответствующее (в).

тре цепочки. При подробном изучении атомных связей было обнаружено, что связи между атомами кремния возле топологического политона, показанные 8 темными линиями на вставке рисунка. 3(а), немного отличаются от остальных. Они на 1.5% короче или длиннее других связей, расположенных дальше от солитона. Основываясь на, проведенных вычислениях анергии несвязанной молекулы в ¡2 было определено, что энергия напряжений для всех 8 деформированных связей составляет ~160 мэВ. Эта, энергия довольно близка, к теоретически рассчитанной дополнительной энергии в 120мэВ содержащейся в димерных цепочках с четным и, отсюда можно сделать вывод, что основная причина роста энергии это изменение связей между атомами кремния вблизи топологического солитона.

Различие смоделированного (рис. 3(6)) и реального (рис. 3(в)) СТМ изображений объясняются тем, что смоделированное изображение на рисунке 3(6) рассчитано для политопов находящихся только в одном положении. В реальности политоны перемещаются вдоль димерных рядов и в наблюдаемое СТМ изображение вносят вклад все девять возможных структур с различным расположением политопов. Поэтому с экспериментальным СТМ изображением надо сравнивать суперпозицию электронных плотностей всех девяти структур (рисунок 3(г)). Хорошее сходство этих изображений говорит о подвижности солитона в димерных цепочках. Кроме; того при 110 К движение политопов останавливается и СТМ изображениях снятые снятые при этой температуре совпадают со смоделированным изображением для покоящихся солитонов.

Во второй части главы рассмотрено взаимодействие кластера со всеми его ближайшими соседями. Для этого было исследовано распределе-

ние расстояний между всеми наблюдаемыми кластерами на. поверхности 8)(100)-2х1.

В случае если кластер оказывает влияние на. формирование других кластеров, должны существовать более энергетически выгодные и менее энергетически выгодные места клаетерообразования. Статистически это будет выражено в том, что некоторые взаимные расположения кластеров должны встречаться реже, чем б случае случайного распределения, или вовсе отсутствовать.

Для получения случайного распределения кластеров было проведено моделирование методом Монтэ-Карло. Для более наглядного представления разницы между распределениями была построена таблица (рис. 4) отношения экспериментальной вероятности к случайной вероятности образования пары кластеров. Таким образом расположения кластеров имеющие нормализованную вероятность больше 1 являются более выгодными, а расположения имеющие значения меньше 1 менее выгодными по сравнению со случайным распределением.

Рис. 4: Таблица показывающая нормализованную вероятность образования кластера вблизи уже существующего кластера при адсорбции материала. Взаимное расположение кластеров определяется двумя расстояниями (параллельно и перпендикулярно ди-меным рядам), выраженным в длинах элементарной ячейки.Расстояния параллельно и перпендикулярно рядами соответствуют столбцам и рядам таблицы. Изображения в ячейках таблицы СТМ изображения нар кластеров е соответствующими координатами. Нормализованная вероятность образования пар кластеров представлена как отношение экспериментальной вероятности к случайной вероятности образования пары кластеров. Таким образом чем больше значение в ячейке тем больше вероятность образования соответствующей пары кластеров.

Анализ полученных результатов (полученных так же для расстояний между кластерами больших чем представлено в таблице) показал, что сформированный кластер в некоторой области вокруг себя оказывает влияние на формирование других кластеров. В положениях с координатами (0,4а),(За,0) и (4а.О) вероятность образования кластера значительно больше случайной величины. И напротив, образование кластеров значительно подавлено в расположениях с координатами (За,2а), (1а,4А) и (2а,4а).

В экспериментах, в которых необходимая концентрация кластеров была получена десорбцией 1п из ПФ 4хЗ-1п, наблюдалась аналогичное распределение выгодных и невыгодных расположения. Из чего был сделан вывод о том, что кластеры при десорбции разрушаются и сообразуются снова при охлаждении образца.

Были рассчитаны энергии для различных расположений кластеров па ячейке 6ах8а. Расчеты показали, что энергии, возможных на такой ячейке расположений с координатами (1а,4а), (2а,4а), (За,4а), (За,2а.) и (3а,0), относительно минимальной энергии для координат (0,4а) равны 112, 80, 44, 162 и 25 мэВ соответственно. Таким образом, теоретические расчеты, полученные на ячейке 6ах8а, явно коррелируют с нормализованными вероятностями образования пар кластеров полученных из эксперимента. Хотя на реальной поверхности кластеры могу располагаться в гораздо большем количестве положений, заметное взаимное влияние кластеров наблюдается только в этих положениях.

В червертой главе «Влияние Мп на структурные свойства реконструкций Аи/ЭЦН!)» рассмотрено формирование новых ПФ: семейства. структур 81(111)Ых2-(Аи.Мп) и структуры 31(1] 1 )2\/21х2л/21-(Ап,Мп).

Поверхностные фазы типа 31(111)Кх2-(Аи,Мп) возможно получить адсорбцией Мп (<1МС) на поверхность 31(111)5х2-Аи и прогревом при 2904-600°С . Было обнаружено четыре реконструкции типа Ктх2:6х2, 8x2, 10x2 и 12x2. Среди данных структур только структуры 8x2 и 10x2 могут занимать большие области на. поверхности (рис. 5), тогда как структуры 6x2 и 12x2 появляются лишь в виде одиночных или двойных цепочек. Эти структуры имеют качественно похожую конструкцию, которая на СТМ изображениях незаполненных состояний выглядит как линии из гексагональных массивов ярких максимумов, разделенных темными канавками.

Структуры с периодичностью 8x2 и 10x2 формируются при различных условиях, что даёт возможность получить поверхности, преимущественно

запятые одной из этих структур (рис. 5).

Рис. 5: Поверхности (Ап,Мп)/Яі( 111) с одиночными структурами типа Кх2. (а) СТМ изображение 800хбООАнезаполнепных состояний (+1,5 В) поверхности йі(111)8x2-(Ап,Мп), полученной при напылении Ап и Мп при КТ на поверхность Яі( 111)7 х7 и последующим отжигом при 350°С. (б) СТМ изображение 800x500 Анезаполпенных состояний (41,5 В) поверхности Яі(111)10х2-(Ан,Мп), полученной при напылении Мп при КТ на поверхность Яі(111)5х2-Ап и последующим отжигом при П50СС. Слева на рисунке указана первоначальная реконструкция 5х2-Ан.

В отличие от структуры 10x2, которая может быть выращена только па первоначальной структуре 5х2-Ап, структура 8x2 может быть получена адсорбцией при КТ золота, и марганца непосредственно на поверхность Яі(111)7x7 с последующим отжигом при ~ 400 4- 450"С. Эта процедура позволила нам оценить состав структуры 8x2. При адсорбции на поверхность 8і(111)7х7 0,5 МС Аи и 0,06 МС Мп почти вся поверхность покрыта структурой с периодичностью 8x2. Покрытие кремния в 8x2 было оценено из уравнения массопереноса кремния, как 1,02 МС. Таким образом, было обнаружено, что элементарная ячейка структуры 8x2 содержит 8 а,томов Аи, один атом Мп и 16-17 атомов Бі.

Было обнаружено, что структура 10x2 имеет переменный состав. Выло проведено две серии экспериментов: в первом случае Мп порциями осаждался па поверхность 5х2-Аи и после каждого осаждения образец прогревался: во втором случае на поверхность, состоящую из фаз 5x2-Аи и 10х2-(Ап,Мп) осаждалось золото и поверхность так же прогревалась после каждого осаждения. Покрытия Мп и Аи в фазе 10х2-(Аи,Мп) полученные из этих экспериментов отличаются. Покрытие Бі в обоих структурах при этом остается одинаковым и составляет 1,15-5-1,20 МС, т.е. 23-24 атома Бі на элементарную ячейку 10x2.

В эксперименте с последовательным осаждением Мп на поверхность 5х2-Аи, первоначальная структура 5х2-Ап постепенно преобразовывается в структуру 10x2, при этом доля поверхности 10x2 линейно зависит от ко-

личества Ми. Наклон линейного графика соответствует двум атомам Ми па одну элементарную ячейку 10x2. Покрытие Аи п этом случае составляет 12 атомов на элементарную ячейку.

В эксперименте, с осаждением Аи па поверхность покрытую совместно структурами 5х2-Ап и 10x2 с последующим отжигом при 350°С, площадь структуры 10x2 увеличивается за счет фазы 5х2-Ап до тех пор, пока фаза 5х2-Аи не исчезнет и па поверхности остается только структура 10x2. Сформированная таким образом структура. 10x2 неотличима на СТМ изображениях от структуры 10x2, которая присутствовала па поверхности до допылепия Аи. Количественная оценка показывает, что структура 10x2, сформированная при таких условиях, содержит 0,05 МС золота и 0,05 МС марганца, т.е. 13 атомов золота, и 1 атом марганца па элементарную ячейку 10x2.

Структура 2\/2Іх2у^І-(Аи,Мп)может быть сформирована двумя способами. Первый способ — адсорбция Мп при КТ на поверхность а\/3-Лис последующим отжигом при 350°С. В этом случае важным условием для получения хорошо упорядоченной поверхности является минимальное покрытие золота, в первоначальной поверхности «\/3-Аи. При избытке Аи поверхность становится неупорядоченной. Другой способ получить структуру 2\/2Їх2\/2Ї-(Аи,Мп)" это адсорбция Аи на структуру Их2. При таком способе, однако, требуются более высокие температуры, вплоть до ~450°С, чтобы избыток Мп и Яі собрался в островки или достиг краев стугтепек.

На рисунке С показано СТМ изображение высокого разрешения незаполненных состояний структуры 2%/2Тх2л/2і-(Ап,Мп). Характеристической особенностью данной структуры является упорядоченная сотоподоб-ная сеті, «доменных степок», разделяющих домены с у/3х\/3 массивами внутри (рисунок 0(6)). Примечательно, что все\/3х\/3 домепы согласованы между собой без антифазных трансляционных сдвигов, что проиллюстрировано с помощью сетки па рисунке 6(в). Такое структурное свойство отличает структуру 2\/2Іх2\/2Ї-(Аи,Мп) от поверхностей ад/З-Аи, ¡3\/3-Ап и бхС-Ап, где соседние домены у/Зху/З не согласованы между собой.

Из экспериментов с последовательным допылепием Мп па поверхность а-\/3-Аи было определено, что покрыти Мп в структуре (Аи,Мп) составляет 0,012 МС (1 атом на элементарную ячейку). Так как при переходе из ач/З-Аи п 2^21х2\/21-(А

п,Мп) никаких других структур не образуется на поверхности, то покрытие Аи и Бі для а\/3-Аи и скорее всего, одинаковы, т.е. составляют ~1,0 МС золота и ~1,0 МС кремния.

Рис. fi: (а) СТМ изображение 300x200 Анезаполненных состояний (+1,5 В) структуры Si(111)2\/2Îx2\/2Î-(Au,Mn). Элементарная ячейка 2\/2Їх2і/2Ї выделена на рисунке, (б) и (в) увеличенные изображения выделенной области на (а). Наложенная гексагональная сетка проведена через максимумы т/3х\/3(0тмеченными кружочками), чтобы показать, что все домены согласованы между собой.

СТС исследования новых структур показали, что фазы 10x2 и 8x2 являются полупроводниковыми, при этом структура 8x2 имеет более широкую запрещенную зону (~0,75 эВ) чем структура 10х2(~0,3 яВ), а структура 2\/2Їх2\/2І-(Аи,Мгі) проявляет металлические свойства.

В пятой главе «Начальные стадии формирования пленок силицида марганца.» Исследовались особенности роста пленок моносилицида марганца в условиях дефицита кремния.

Существует несколько способов сформировать пленку MnSi(lll). Плёнки могут быть сформированы напылением слоя марганца с последующим отжигом (обычно, при 350-г500°С), либо приготовлением многослойной структуры, состоящей из чередующихся слоев Мп и Si, нанесенных при комнатной температуре, с последующим отжигом при температуре (200-ь300°С). В последнем случае, наличие дополнительных атомов кремния обеспечивает рост слоя моносилицида марганца с более гладкой поверхностью [?,?!■

Когда количество Мп и Si является достаточным для формирования сте-хиометричеекой структуры, сформированная плёнка MnSi на СТМ изображениях демонстрирует поверхность с реконструкцией \/Зх%/3 (рис. 7 (а)). Поверхность с такой периодичностью, наблюдали в предыдущих СТМ исследованиях. Предполагается, что эта поверхность соответствует завер-

темному четверному слою МпЯі с верхним слоем состоящим из атомов Зі. Однако, если рост плёнки МпЗі происходит в условиях дефицита кремниевых атомов (т.е., когда количество Зі в завершающем верхнем слое или в других Яі слоях слоевой структуры меньше, чем необходимое для формирования стехнометр и ческой структуры, что часто происходит, если плёнка достаточно толстая), то такая плёнка МпБі демонстрирует другую поверхностную структуру. В зависимости от дефицита Зі, новая структура может покрывать как всю поверхность плёнки МпЗі (рис. 7 (в)), так и сосуществовать с областями обычной пленки МпЗі с реконструкцией \/Зх\/3 (рис. 7 (б))-

Рис. 7: ОТМ изображение заполненных состояний ( 1,0 В) плёнок Мл 81 приготовленных в условиях достаточного количества 81 (а), а также в условиях среднего (б) и сильного (в) недостатка 81 в процессе роста плёнки. Условия приготовления: (а) 81(0,6 МС)/Мч(2,7 МС)/$|(Ш), (б) 81(2,6 МС)/Мп(2,7 МО)/ 81(2,0 МС)/Мн(2.7 МС)Д!1(0,6 МС)/Мп(2,7 МС)/8!(Ш) и (в) 81(2,3'МС)/Мп(2,7 МС)/ Я1(1,8 МО)/Мп(2,7 М0)/81(0,6 МО)/Мн(2,7 МО)/8!(Ш) слоёные структуры, отожженные при 300°С.

Как и обычная поверхность пленки Мп31, новая структура выглядит на СТМ изображениях в виде гексагонального массива максимумов, имеющих перводичность (рис. 8(а)). Как видно из линейного простиля поверхности (рис. 8 (в)) максимумы новой структуры имеют более низкую видимую высоту и менее выраженный рельеф, чем максимумы ЧС поверхности. Обе структуры имеют периодичность \/Зх\/3. Продолжение гексагональной сетки, узлы которой находятся на месте максимумов поверхности четверного слоя, на новую структуру (рис. 8 (б)) демонстрирует, что максимумы на, новом домене поверхности располагаются в других позициях: они лежат в центре каждого второго треугольника(рис. 8 (б)).

В качестве возможного объяснения этих особенностей, было предположено, что новая поверхностная структура соответствует четверному слою

Рис. 8: (а)СТМ изображение заполненных состояний ( 1,0 Б) поверхности \lnSi с сосуществующими доменами типа ЧС и «ТС», (б) — увеличенная область, выделенная пунктирной линией на (а), с наложенной па. неё гексагональной сеткой, в которой узлы находятся в положении максимумов па ЧС поверхности (помечены темными кружочками). Видно, что местоположения максиму мои на домене «ТС» (помечены светлыми кружочками) — центр треугольника, сформированный тремя максимумами ЧС. (в) — профиль вдоль белой линии на (а), демонстрирующий разицу в видимой высоте максимумов на ЧС и «ТС» поверхностях.

МпБі (рис. 9(в)), у которого верхний атомный слой кремния (1 МС Зі) отсутствует (рис . 9(г)). Такая структура была названа «тройным слоем» («ТС») МпЭи Данное предположение хорошо согласуется с наблюдаемыми в эксперименте особенностями новой структуры. Если считать, что у поверхности ЧС каждый максимум соответствует тримеру крем-ния(рис. 9(а)), то на поверхности «ТС» (у которой отсутствуют верхние тримеры Бі) каждый максимум будет соответствовать одному из двух неравных тримеров Мп (рис. 9(6)).

В ходе дальнейших исследований было проведено сравнение поведения различных адеорбатов (Бі, Мп и А») на. поверхностях ЧС и ТС.

Сначала рассмотрим случай напыления кремния на поверхность ЧС. Как показано на рисунке 10(а), напыление кремния на эту поверхность приводит к увеличению числа дополнительных ярких максимумов в виде трехсторонней пирамидки. Их плотность растёт линейно с увеличением дозы напыленных атомов Зі, так. что каждый дополнительный яркий максимум соответствует одному адатом.у кремния. Их концентрация может точно контролироваться в широком диапазоне от ~5% до ~90% (т.е., от

J » *

4

i J

tm j I_, «

і

.¡_J J*}

J* J &»

—* 3 ^ 3-^-)—

I1T0I ^u <H Ф& *J

J> j ¿ J

« • 9 • 9

¿яГ Jl». $ a

/• a v* TÍ * ®

л

Г І1Ч) .,

і_> а

[1Т0!

»

І эф

ІЯ •• 0Ш фа

9 * 9 * 9

Puf:. Í): (а,б)Вид сверху и сбоку модели пленки MnSi В20. На модели отмечен четверной слой, (и,г) Вид сверху и сбоку модели пленки MnSi В20 fien верхнего слоя Si. На модели отмечен "тройной слой".

~0,02 до ~0,30 МС) напылением при комнатной температуре необходимого количества кремния. При напылении кремния на «ТС» образуются аморфные островки.

Рис. 10: (а) ОТМ изображение 350 х350Лпл«пки MnSi с областями «ТС» и ЧС на которую адсорбировании 0.15МС Si. На вкладке представлено увеличенное изображение поверхности ЧС. (б) ОТМ изображение 300 хЗОоАпленки MnSi с областями «ТС» и ЧС па которую адсорбированпо 0.05МС Мп. (в) СТМ изображение 350 Х.350А пленки MnSi с областями «ТС» и ЧО на которую адсорбирований 0.25МС An.

Напыление Мп при КТ приводит к формированию случайных кластеров разной формы, постоянно меняющих свое местоположение в процессе записи СТМ изображений при КТ (рис, 10 (б)). В ходе эксперимента было записано несколько СТМ изображений с одного и того же места. Сравнение изображений показало, что подвижность кластеров Мп по поверхности «ТС» выше чем по поверхности ЧС.

Результаты напыления Ап на поверхности MnSi представлен на рисунке 10(b). Видно, что происходит формирование напоостровков на обоих типах поверхности моносилицида марганца, но на ЧС поверхности присутствует

много маленьких островков, тогда как па. «ТС» поверхности концентрация островков заметно ниже, а их размер (юлыпе. Отношение концентраций таких островков для двух поверхностей составляет ~20. Согласно классической теории зародышеобразования, при диффузии по однородной поверхности и одном и том же размере критического зародыша, плотность островков (К) зависит от скорости напыления (Р) и коэффициента поверхностной диффузии (В), как:

N ос ^/£>)1/3 (1)

Так как скорость напыления была одинаковой (точно также, как и другие параметры роста), то можно приблизительно оцепит!., что коэффициенты диффузии атомов Ли но этим двум поверхностям различаются в~8000 раз.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Обнаружено, что на поверхности Si(100) для кластеров 4хЗ-1п лежащих па одних и тех же димерпых рядах кремния вероятность формирования пары кластеров с нечетными количеством димеров кремния между ними выше, чем с четными. Это связано с формированием топологического солитопя, в димериом ряду в случае если расстояние между кластерами составляет четное количество димеров. Теоретические расчеты показали, что ка,ждый топологический солитон имеет дополнительную энергию в ~120 мэВ. На атомарном уровне появление дополнительной энергии в системе объясняется изменением длинны связи Si-Si вблизи солитона.

2. В при высокой концентрации атомных кластеров 4хЗ-1п на поверхности Si(100) вероятность образования определенной парной конфигурации кластеров определяется их взаимным расположением. Это связано с различными напряжениями в подложке при различных взаимных расположениях кластеров. Наиболее энергетически выгодными являются положения кластеров с нулевым смещением вдоль димерпых рядов Si(100), и нулевым смещением перпендикулярно димерным рядам. Данные положения соответствуют положениям кластеров в полном массиве, таким образом именно межкластерное взаимодействие опре-

делят низкую концентрацию дефектов в массиве атомных кластеров 4хЗ-1п.

3. Адсорбция незначительных количеств Mn (<0.1 МС) оказывает существенное влияние на поверхностные фазы Si(lll)5x2-Au и Si(lll)-а-у/3 х i/3-Au приводит к формированию новых фаз Si(Ill)Nx2-(Au,Mn) и Si(lll)2v/21x2\/2T-(Au,Mn). Новые поверхностные фазы Si(lll)8x2-(Ait,Mn) и Si(lll)2\/2Tx2\/2l-(Au,M4) содержат 1 атом Мп на одну элементарную ячейку. Фаза Si(lll)10x2-(Au,Mn) имеет переменный состав и может содержать 1 или 2 атома Мп на одну элементарную ячейку. Согласно СТС исследованиям фазы типа Si(lll)Nx2-(Au,Mn) имеют полупроводниковые свойства, фаза Si(111)2л/21 х2\/2Т-(An,Мп) проявляем металлические свойства.

4. В условиях дефицита Si возможно сформировать пленку силицида марганца терминированную Мп. Формирование пленки MnSi на поверхности Si(lH) при обычных условиях приводит к формированию пленки терминированной Si. Пленку терминированную Мп можно восстановить до обычной пленки адсорбцией Si и прогревом при ~100°С. Было предположено, что терменировапная Мп пленка представляет собой четверной слой структуры В20 бел верхнего слоя Si. Обе пленки имеют одинаковую периодичность, но обладают существенно различными диффузионными свойствами для атомов An, Si н Мп, в частности, коэффициент диффузии атомов Аи по поверхности терминированной Мп превосходит коэффициент диффузии но пленке терминированной Si в 8000 раз.

Основные результаты диссертации представлены в следующих печатных работах. Издания входящие в перечень ВАК выделены жирным шрифтом

1. Lai, М. Y., Clion, .1. P., Utas, О. A., Denisov, N. V., Kotlyar, V. G., Grnznev, D., Matetsky, A., Zotov, A. V., Saranin, A. A., Wei, С. M., Wang, Y. L. Broken Even-Odd Symmetry in Self-Selection of Distances between Nanoelusters due to the Presence or Absence of Topological Solit.ons // Physical Review Letters-2011 - Vol. 106. - N. 16. - P. 166101.

2. Utas, O. A., Denisov. N. V., Kotlyar, V. G., Zotov, A. V., Saranin, A. A., Chou, ,1. P., Lai, M. Y., Wei, С. M., Wang, Y. L. Cooperative phenomena

in self-assembled nucleation of 3x4-In/Si(100) surface magic clusters // Surface Science - 2010 - Volume: 604. - Issue: 13-14. - Pages: 1116-1120.

3. Denisov N.V., Yakovlev A.A., Utas O.A... Azatyan S.G., Zotov A.V., Saranin A.A.. Romashev L.N., Solin N.I.. Ustinov V.V. Ordered Mn-diluted An/Si(lll) reconstructions // Surface Science- 2012 - Volume: 606. - Issue: 1-2. - Pages: 104-109.

4. Azatyan, S. G., Utas, O. A., Denisov, N. V., Zotov, A. V., Saranin, A. A. Variable termination of MnSi/Si(lll)\/3xv/3 films and its effect on surface properties // Surface Science -2011 -Volume 605. - Issue: 3-4. -Pages: 289-295.

5. II.В. Денисов, O.A. Утас, А.А Яковлев. Распределение кластеров 4x3-In па поверхности Si(100)2xl // Сборник трудов двенадцатой межрегиональной конференции молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, 17-20 июня, 2009, Владивосток, Россия, С.19-22.

6. Н.В. Денисов, О.А. Утас, А.А.Саранин, А.В. Зотов, В.Г. Котляр. Изучение взаимодействия кластеров при формировании поверхностной фазы Si(100)4x3-In // Материалы всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике. 12-14 мая, 2010, Владивосток, Россия, С.70.

7. S.G. Azatyan, O.A Utas, N.V. Denisov, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Variable termination of MnSi/Si(lll)\/3 x \/3 films and its effect, on surface properties // Proceedings of the Ninth Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces (RJSSS-9), September 26-30, 2010, Vladivostok, Russia, P. 175-182.

8. O.A IJtas, N.V. Denisov, V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Self-Assembly of magic clusters in In/Si(100) system at low In coverage // Proceedings of Asian School-Conference on Physics of Nanostruetures and Nanomaterials (ASCO-NANOMAT 2010), September 27-30, 2010, Vladivostok, Russia, P.59-65.

9. II.В. Денисов, А.А Яковлев, O.A. Утас, С.Г. Азатьян, А.В. Зотов, А.А.Саранин. Адсобция An, Si на поверхность MnSi(lll)/Si(lll) // Proceedings of Asian School-Conference on Physics of Nanostruc.tuces and Nanomaterials (ASCO-NANOMAT 2010), September 27-30, 2010, Vladivostok, Russia, P.121-124.

10. Н.В. Делисоп, А.А Яковлев, О.А. Утае, С.Г. Алятьяп, А.В. Зотов, А.А.Саранин. Влияние покрывающего елоя MnSi на свойства поверхности // Тезисы докладов Десятой региональной научной конференции "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование 1-3 ноября, 2011, Владивосток, Россия, С.33.

11. Н.В. Денисов, А.А Яковлев, О.А. Утае, С.Г. Азатьян, А.В. Зотов, А.А.Саранин. Исследование упорядоченных реконструкций Au/Si(ll 1), разбавленных Мп // Тезисы докладов Десятой региональной научной конференции "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование 1-3 ноября, 2011, Владивосток, Россия, С.33.

12. S.G. Azatyan, О.А Uta,s, N.V. Denisov, A.V. Zotov, A.A. Saranin. MnSi film on Si(lll): its termination and surface properties // Proceedings of Asian School-Conference on Physics of Nanostrnctnres and Nanomaterials (ASCO-2011), August 21-28, 2011, Vladivostok, Russia, P.65-GG.

13. N.V. Denisov, A.A. Yakovlov, О .A Utas, S.G. Azatyan, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Mn-induced structures of An on Si(lll): Si(11 l)Nx2-(Au,Mn) and 2\/2lx2\/2T-(A u.Mn)// Proceedings of Asian School-Conference on Physics of Nanostrnctnres and Nanomaterials (ASCO-2011), August 21-28, 2011, Vladivostok, Russia, P.65-66.

14. N.V. Denisov, A.A. Yakovlev, O.A. Utas. S.G. Azatyan, A.A. Saranin, A.V. Zotov Ordered Mn-diluted An/Si (111) reconstructions // Proceedings of the Tenth Japan-Russia Seminar on Semiconductor Surfaces (JRSSS-10), September 25-20, 2012, Tokio, Japan, P. P-4.

Денисов Никита Витальевич

Изучение низкоразмерных структур металлов (Ан, 1п и Мп) на поверхности кремния

Автореферат

Подписано к печати 9.11.2012 г. Усл.тт.л. 1,2 Уч - изд.л. 1,0 Формат 60x84/16. Тираж 1.10 экз. Заказ №28

Издано МАПУ ДВО РАН. 690041, г.Владивосток, ул.Радио,5 Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул.Радио,5

Введение

1 Поверхностные фазы чистого кремния и систем In/Si, Au/Si, Mn/Si

1.1 Основные представления о структурах на поверхности.

1.2 Поверхностные фазы чистого кремния.

1.2.1 Атомная структура поверхности Si(100)2xl.

1.2.2 Атомная структура поверхности Si(l 11)7x7.

1.3 Кластеры 4хЗ-1п на поверхности Si(100).

1.4 Поверхностные фазы Au на Si(lll).

1.4.1 Поверхностная фаза Si(l 11)5x2-Au.

1.4.2 Поверхностная фаза Si(l 11)а%/3 х \/3-Аи.

1.5 Особенности роста MnSi на поверхности Si(l 11).

Выводы по главе.

2 Экспериментальная установка и методы исследования

2.1 Экспериментальная установка.

2.2 Методы исследования

2.2.1 Сканирующая туннельная микроскопия

2.3 Методика эксперимента и обработка экспериментальных данных

2.3.1 Методы получения атомарно чистой поверхности.

2.3.2 Подготовка игл для СТМ.

2.3.3 Моделирование случайного распределения методом Монте-Карло.

Выводы по главе.

3 Взаимодействие между атомными кластерами на поверхности 81(100).

3.1 Взаимодействие между кластерами 4хЗ-1п, находящихся на одних и тех же димерных рядах.

3.2 Самоупорядочение кластеров при формировании фазы 51(100)4хЗ-1п.

Выводы по главе.

4 Влияние Мп на структурные свойства реконструкций Аи/51(111).

4.1 Реконструкция 51(111) 5 х2-Аи.

4.2 Реконструкция 51(111) а\/3 х \/3-Аи

Выводы по главе.

5 Начальные стадии формирования пленок силицида марганца.

5.1 Структурные особенности верхнего слоя Мп$1 в зависимости от условий формирования.

5.2 Поверхностные свойства слоев Мп51 различного состава. . 88 Выводы по главе.

Актуальность работы. Начиная с момента появления и по сегодняшний день основным направлением развития микроэлектроники являлась миниатюризация элементов микросхем. Согласно закону Мура [1] количество транзисторов в микросхеме удваивается каждые 2 года, соответственно, уменьшается и их размер. В настоящее время размер отдельных элементов микросхемы составляет менее 100 нм, то есть, можно говорить о переходе от микроэлектроники к наноэлектронике. Новыми элементами микросхем будут двумерные, одномерные и нульмерные наноструктуры на поверхности. Эти наноструктуры будут обладать свойствами значительно отличающимися от свойств объемного материала, так как большую роль будут играть кванто-размерные процессы и влияние подложки. Таким образом, изучение свойств новых наноматериа-лов является одной из основных задач современной науки.

Основной проблемой наноэлектроники на данный момент является получение наноструктур в промышленных масштабах. Используемые в настоящий момент методы, основным из которых является литография, приближаются к своему физическому пределу миниатюризации. Одним из новых, перспективных направлений получения наноструктур является самосборка. Суть этого метода заключается в том, что при создании определенных условий система может сама создать необходимые наноструктуры. При этом на конечный результат будут влиять не только макропараметры, такие как температура и давление, но и взаимодействие частиц с подложкой и взаимодействие частиц между собой. Таким образом, можно выделить два основных направления в современной наноэлектронике - изучение свойств и изучение условий образования наноструктур.

В данной работе исследовались как взаимодействия наночастиц на поверхности кремния, что является важным для понимания условий самоорганизации, так и способы модификации уже известных структур, с целью изменения их свойств. Для изучения взаимодействия наночастиц были выбраны магические кластеры, то есть кластеры одинакового размера и строения, 4хЗ-1п на поверхности 51(100). Такие кластеры могут формировать упорядоченные массивы, которые могут служить элементами новых схем или использоваться в качестве подложки. Исследование взаимодействия между кластерами позволит лучше понять причины образования упорядоченных массивов и возможные пути создания массивов с определенными параметрами. Так как поверхность 51(100) не имеет ярко выраженного потенциального рельефа, то поведение кластеров на этой поверхности должно определяться именно межкластерным взаимодействием.

В качестве одной из структур, возможность модификации которой мы исследовали, были выбраны пленки силицида марганца. Известно, что силицид марганца обладает магнитными свойствами, поэтому создание планарных свертонких слоев силицида марганца может представлять интерес для спинтроники. Возможность получения пленки силицида с различными поверхностными свойствами может быть полезна при ее интеграции в приборную структуру. Кроме того, исследовали влияние малых добавок Мп на свойства двумерных структур Аи на 51(111).

В качестве основного метода исследований была использована сканирующая туннельная микроскопия. Этот метод дает возможность получить «изображение» поверхности с высоким разрешением, вплоть до долей нанометров. Это позволяет получить уникальную информацию о топографии поверхности и ее электронных свойствах.

Целью диссертационной работы является:

1. Иследование механизмов самоорганизации атомных кластеров на поверхности кремния

2. Исследование особенностей формирования силицидов марганца и влияние небольших включений марганца на структуру реконструкций Аи на поверхности кремния.

Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Исследовать взаимодействие между атомными кластерами 4хЗ-1п на поверхности 31(100)2x1 в двух передельных случаях: при низкой и высокой концентрации этих кластеров.

2. Исследовать влияние небольших добавок Мп на атомную и электронную структуру реконструкций 51(111)5х2-Аи и

51(111)ал/3 х ч/З-Аи.

3. Исследовать особенности роста пленок моносилицида марганца в условиях дефицита кремния и поверхностные свойства, получившихся пленок.

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

1. Обнаружено, при низких концентрациях атомных кластеров 4хЗ-1п на поверхности 51(100), для пар кластеров лежащих на одних и тех же димерных рядах кремния вероятность формирования пары кластеров с нечетными количеством ди-меров кремния между ними выше, чем с четными. Это связано с формированием топологического солитона в димерных рядах с четными парными расстояниями, который имеет дополнительную энергию в ~ 120 мэВ.

2. Обнаружено, что при высокой концентрации атомных кластеров 4хЗ-1п на поверхности 51(100) вероятность найти парные конфигурации кластеров определяется их взаимным расположением. Это связано с различными напряжениями в подложке, которое возникает при различных взаимных расположениях кластеров. Наиболее часто встречаются пары кластеров в которых кластеры находятся рядом и имеют нулевые сдвиги вдоль основных кристаллографических направлений поверхности 51(100). Такое расположение соответствует взаимному расположению кластеров в полном массиве магических кластеров 4хЗ-1п.

3. Обнаружено, что малые добавки Мп изменяют периодичность, атомарное строение и электронные свойства поверхностных реконструкций $¡(111)5х2-Аи и 51(111)\/Зх \/3-Аи, и приводят к формированию реконструкций 111 х2-(Аи,Мп) и 51(111)2л/2Тх2л/2Т-(Аи,Мп) соответственно. Новые реконструкции могут содержать всего 1 атом Мп на элементарную ячейку.

4. В условиях дефицита кремния сформированы пленки моносилицида марганца, терминированные атомами Мп. В отличии от пленок сформированных в нормальных условия и терминированных атомами Б!, эти пленки имеют диффузионные характеристики, существенно отличающиеся от характеристик нормальных пленок.

Научная и практическая значимость исследования. Полученные в работе результаты имеют фундаментальное значение для понимания процессов самоорганизации атомных кластеров на поверхности 51(100). В частности, выяснена роль влияния напряжений атомов подложки на процесс самоорганизации и формирования упорядоченных массивов. Модификация фаз золота адсорбцией небольшого количества магнитных атомов (в том числе атомов Мп) является перспективным способом сознания разбавленных магнитных полупроводников. В ходе исследований была обнаружена возможность получать на поверхности пленки Мг^ домены двух типов. Оба домена являются атомарно гладкими, однако обладают разными диффузионными свойствами. Возможность получать пленку моносилицида с определенными поверхностными свойствами может играть важную роль при интеграции пленки в приборные структуры.

Результаты работы могут быть востребованы в дальнейших прикладных исследованиях.

Основные защищаемые положения

1. Для пар кластеров 4хЗ-1п на поверхности 51(100) лежащих на одних и тех же димерных рядах кремния вероятность формирования пары кластеров с нечетными количеством димеров кремния между ними выше, чем с четными.

2. Вероятность образования парной конфигурации атомных кластеров 4хЗ-1п на поверхности Si(100) зависит от взаимного расположения кластеров. Наиболее часто наблюдаются пары в которых кластеры имеют нулевое смещение вдоль димерных рядов Si(100), или нулевое смещение перпендикулярно димерным рядам. Такие взаимные расположения являются наиболее энергетически выгодными.

3. Метод формирования поверхностных фаз Si(11 l)Nx2-(Au,Mn) и

Si(l 1 l)2v/21x2\/2l-(Au,Mn) при адсорбции незначительных количеств Мп (<0.1 МС) на поверхностные фазы Si(l 11)5x2-Au и Si(l 1 l)\/3x\/3-Au. Новые поверхностные фазы Si(l 1 l)8x2-(Au,Mn) и Si(l 1 l)2V^Ix2v^l-(Au,Mn) содержат 1 атом Мп на элементарную ячейку. Фаза Si(l 1 l)10x2-(Au,Mn) имеет переменный состав и может содержать 1 или 2 атома Мп на элементарную ячейку.

4. Метод формирования пленки MnSi на поверхности Si(lll) в условиях дефицита Si. Такая пленка MnSi имеют ту же периодичность, что и пленка, полученная при обычных условиях, но обладает существенно отличными свойствами, в частности, имеет больший коэффициент диффузии для атомов Au, Si и Мп.

Апробация результатов работы

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

1. XII Конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов. Владивосток. 17-20 июня 2009г.

2. Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике. Владивосток. 12 - 14 мая 2010г.

3. Asian school-conference on Physics of nanostructures and nanomaterials. Владивосток. 27-30 сентября, 2010г.

4. The Ninth Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surface. Vladivostok. September 26-30, 201 Or.

5. Региональной научной конференции "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование". Хабаровск. 14-16 октября 2010г.

6. Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials. Vladivostok 21 - 28 August, 201 lr.

7. Десятой региональной научной конференции «Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование». Владивосток. 1 - 3 ноября 2011г.

8. Десятом Японско-Российском семинаре по физике поверхности полупроводников JRSSS-10. Токио. 26-28 сентября 2012г.

Публикации и личный вклад автора

По теме диссертации опубликовано 4 статьи в рецензируемых научных журналах.

1. Lai, М. Y., Chou, J. P., Utas, О. A., Denisov, N. V., Kotlyar, V. G., Gruznev, D„ Matetsky, A., Zotov, A. V., Saranin, A. A., Wei, С. M„ Wang, Y. L. Broken Even-Odd Symmetry in Self-Selection of Distances between Nanoclusters due to the Presence or Absence of Topological Solitons // Physical Review Letters -2011 - Vol. 106. - N. 16. - P. 166101.

2. Utas, O. A., Denisov, N. V., Kotlyar, V. G., Zotov, A. V., Saranin, A. A., Chou, J. P., Lai, M. Y., Wei, С. M., Wang, Y. L. Cooperative phenomena in self-assembled nucleation of 3x4-In/Si(100) surface magic clusters // Surface Science - 2010 -Volume: 604. - Issue: 13-14. - Pages: 1116-1120.

3. Denisov N.V., Yakovlev A.A., Utas O.A., Azatyan S.G., Zotov A.V., Saranin A.A., Romashev L.N., Solin N.I., Ustinov V.V. Ordered Mn-diluted Au/Si(lll) reconstructions // Surface Science - 2012 - Volume: 606. - Issue: 1-2. - Pages: 104-109.

4. Azatyan, S. G., Utas, О. A., Denisov, N. V., Zotov, A. V., Saranin, A. A. Variable termination of MnSi/Si(l 1 l)\/3x\/3 films and its effect on surface properties // Surface Science -2011 -Volume 605. - Issue: 3-4. - Pages: 289-295.

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 изображений сканирующей туннельной микроскопии(СТМ) с атомарным разрешением получена лично автором. Разработана методика получения количественной информации из СТМ изображений.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 109 страниц, включая 61 рисунок и список литературы из 115 наименований.

Общие выводы

1. Обнаружено, что на поверхности Si(100) для кластеров 4хЗ-1п лежащих на одних и тех же димерных рядах кремния вероятность формирования пары кластеров с нечетными количеством димеров кремния между ними выше, чем с четными. Это связано с формированием топологического солитона в димерном ряду в случае если расстояние между кластерами составляет четное количество димеров. Теоретические расчеты показали, что каждый топологический солитон имеет дополнительную энергию в -120 мэВ. На атомарном уровне появление дополнительной энергии в системе объясняется изменением длинны связи Si-Si вблизи солитона.

2. В при высокой концентрации атомных кластеров 4хЗ-1п на поверхности Si(100) вероятность образования определенной парной конфигурации кластеров определяется их взаимным расположением. Это связано с различными напряжениями в подложке при различных взаимных расположениях кластеров. Наиболее энергетически выгодными являются положения кластеров с нулевым смещением вдоль димерных рядов Si(100), и нулевым смещением перпендикулярно димерным рядам. Данные положения соответствуют положениям кластеров в полном массиве, таким образом именно межкластерное взаимодействие определят низкую концентрацию дефектов в массиве атомных кластеров 4хЗ-1п.

3. Адсорбция незначительных количеств Mn (<0.1 МС) оказывает существенное влияние на поверхностные фазы Si(l 11)5x2-Au и Si(l 11)-а-\/3 х \/3-Аи приводит к формированию новых фаз - Si(l 1 l)Nx2-(Au,Mn) и

Au,Mn). Новые поверхностные фазы Si(l 1 l)8x2-(Au,Mn) и Si(l 1 l)2\/2Ïx2\/2Î

Аи,Мп) содержат 1 атом Мп на одну элементарную ячейку. Фаза 51(111)10x2-(Аи,Мп) имеет переменный состав и может содержать 1 или 2 атома Мп на одну элементарную ячейку. Согласно СТС исследованиям фазы типа 51(111)Мх2-(Аи,Мп) имеют полупроводниковые свойства, фаза 51(111)2л/21х2л/Й-(Аи,Мп) проявляет металлические свойства.

4. В условиях дефицита возможно сформировать пленку силицида марганца терминированную Мп. Формирование пленки МпБ1 на поверхности 51(111) при обычных условиях приводит к формированию пленки терминированной 51. Пленку терминированную Мп можно восстановить до обычной пленки адсорбцией 51 и прогревом при ~100°С. Было предположено, что терменированная Мп пленка представляет собой четверной слой структуры В20 без верхнего слоя 51. Обе пленки имеют одинаковую периодичность, но обладают существенно различными диффузионными свойствами для атомов Аи, 51 и Мп, в частности, коэффициент диффузии атомов Аи по поверхности терминированной Мп превосходит коэффициент диффузии по пленке терминированной 51 в 8000 раз.

1. G.E. Moore. Gramming more components onto integrated circuits. // Electronics. 1965. - V. 38. - P. 4.

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

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

4. Duke C.B. Surface structures of tetrahedraliy coordinated semiconductors: principles, practice, and universality. // Appl. Surf. Sci. 1993. - V. 65/66, N. 1/4. - P. 543-552.

5. В.Г. Лифшиц C.M. Репинский. Процессы на поверхности твердых тел. Владивосток: Дальнаука, 2003.- 723 р.

6. Dg-browski J., Miissig H.-J. Silicon surafces and formation of interfaces. -Singapore: World Scientific Publishing Company.- 550 p.

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

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

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

10. Abukawa T., Wei CM., Yoshimura K., Kono 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.

11. Eastman D.E., Grobman W.D. Photoemission densities of intrinsic surface states for Si, Ge and GaAs. // Phys. Rev. Lett. 1972. - V. 28, N. 21. - P. 1378-1381.

12. Chadi D.J. Atomic structure of reconstructed group IV and III-V semiconductor surfaces. // Ultramicroscopy. 1989. - V. 31, N. 1. - P. 1-9.

13. Yin M.T., Cohen M.L. Theoretical determination of surface atomic geometry: Si(001)—(2 x 1). // Phys. Rev. B. 1981. - V. 24, N. 4. - P. 2303-2306.

14. Wolkow R.A. Direct observation of an increase in buckled dimers on Si(001) at low temperature. 11 Phys. Rev. Lett. 1992. - V. 68, N. 17. - P. 2636-2639.

15. Tochihara H., Amakusa T., Iwatsuki M. Low-temperature scanning-tunneling-microscopy observations of the Si(001) surface with low surface-defect density. // Phys. Rev. B. 1994. - V. 50, N. 16. - P. 12262-12265.

16. Hata K., Kimura T., Takeuchi O., Shigekawa H. Origin, cause, and electronic structure of the symmetric dimers of Si(100) at 80 K. // Jpn. J. Appl. Phys. -2000. V. 39, N. 6B. - P. 3811-3814.

17. Shigekawa H., Hata K., Miyake K., Ishida M., Ozawa S. Origin of the symmetric dimers in the Si(100) surface. // Phys. Rev. B. 1997. - V. 55, N. 23. - P. 1544815451.

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

20. Bennett P.A., Feldman L.C., Kuk Y, McRae E.G., Rowe J.E. Stacking-fault model for the Si(l 11)—(7 x 7) surface. // Phys. Rev. B. 1983. - V. 28, N. 6. - P. 36563659.

21. Culbertson R.J., Feldman L.C., Silverman P.J. Atomic displacements in the Si(lll) —(7x7) surface. // Phys. Rev. Lett. 1980. - V. 45, N. 25. - P.2043-2046.

22. 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.

23. 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.

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

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

26. Takayanagi K., Tanishiro Y., Takahashi M., Takahashi S. Structural analysis of Si(lll)—7x7 by UHV-transmission electron diffraction and microscopy. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1985. - V. 3, N. 3. - P. 1502-1506.

27. Knall J., Sundgren J.-E., Hansson G.V., Greene J.E. Indium overlayers on clean Si( 100)2 x 1: Surface structure, nucleation, and growth. // Surf. Sci. 1986. - V. 166. - P. 512-538.

28. Baski A.A., Nogami J., Quate C.F. Indium-induced reconstructions of the Si(100) surface. // Phys. Rev. B. 1991. - V. 43, N. 11. - P. 9316-9319.

29. Li R.-W., Liu H„ Owen J.H.G., Wakayama Y., Miki K„ Yeom H.W. A1 nanocluster arrays on Si(lll)-7x7 surfaces: Formation process and interactions among clusters. // Phys. Rev. B. 2007. - V. 76, N. 7. - P. 075418-5.

30. 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(l 11)7x7. 11 Phys. Rev. B. 2002. - V. 66, N. 16. - P. 165401-4.

31. Ohnishi Y., Takeda S.N., Yoshikawa M., Daimon H., Sakai C. Observation of multi-step ordering of Bi adsorbed on Si(111)7x7 structure by RHEED and STM. // e-J.Surf.Sci.Nanotech. 2008. - V. 6. - P. 291-295.

32. Ahn J.R., Yoo K., Seo J.T., Byun J.H., Yeom H.W. Electronic states of two-dimensional adatom gas and nanocluster array: Na on Si(l 11)7x7. // Phys. Rev. B. 2005. - V. 72, N. 11. - P. 113309-4.

33. Zotov A. V., Saranin A.A., Ignatovich K.V., Lifshits V.G., Katayama M., Oura K. Si(100)4x3-In surface phase: identification of silicon substrate atom reconstruction. // Surf. Sci. 1997. - V. 391, N. 1/3. - P. LI 188-L1194.

34. Zotov A. V., Saranin A.A., Lifshits V.G., Ryu J.-T., Kubo O., Tani H., Katayama M., Oura K. Structural model for the Si( 100)4x3-In surface phase. // Phys. Rev. B. 1998. - V. 57, N. 19. - P. 12492-12496.

35. Steele B.E., Cornelison D.M., Li L. The structure of the Si(100)-(4x3)In surface studied by STM and ICISS. 11 Nucl.Instrum.Meth.Phys.Res.B. 1994. - V. 85, N. 1/4. - P. 414-419.

36. Shimomura M., Nakamura T., Kim K.-S., Abukawa T., Tani J., Kono S. Structure of Si(001)-(4x3)-In surface studied by X-ray photoelectron diffraction. // Surf.Rev.Lett. 1999. - V. 6, N. 6. - P. 1097-1102.

37. Reese P.J.E., Miller T., Chiang T.-C. Photoelectron holography of the In-terminated Si(001)-(4x3) surface. // Phys. Rev. B. 2001. - V. 64, N. 23. - P. 233307-4.

38. Takeuchi N. First-principles calculations of the atomic structure of the In-induced Si(001)-(4x3) reconstruction. // Phys. Rev. B. 2001. - V. 63, N. 24. - P. 2453257.

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

40. Saranin A.A., Zotov A.V., Kuyanov I.A., Kishida M., Murata Y., Honda S., Katayama M., Oura K., Wei CM., Wang Y.L. Atomic dynamics of In nanoclusters on Si(100). // Phys. Rev. B. 2006. - V. 74, N. 12. - P. 125304-6.

41. Zotov A.V., Utas O.A., Kotlyar V.G., Kuyanov I.A., Saranin A.A. Pb-induced In/Si(100)4x3 magic clusters: Scanning tunneling microscopy and first-principles total-energy calculations. // Phys. Rev. B. 2007. - V. 76, N. 11. - P. 115310-5.

42. Nagao T., Hasegawa S., Tsuchie K., Ino S., Voges C., Klos G., Pfniir H., Henzler M. Structural phase transitions of Si(l 11)-(\/3 x v/3)i?30°-Au: Phase transitions in domain-wall configurations. // Phys. Rev. B. 1998. - V. 57, N. 16. - P. 1010010109.

43. Bishop H.E., Riviere J.C. // J.Phys.D. 1969. - V. 2. - P. 1635.

44. Hasegawa S. Surface-state bands on silicon as electron systems in reduced dimensions at atomic scales. // J.Phys.:Cond.Matt. 2000. - V. 12. - P. R463-R495.

45. Barkel., Zheng F., Bockenhauer S., Sell K., Oeynhausen V.v., Meiwes-Broer K.H., Erwin S.C., Himpsel F.J. Coverage-dependent faceting of Au chains on Si(557). 11 Phys. Rev. B. 2009. - V. 79, N. 15. - P. 155301-9.

46. Yoon H.S., Lee J.E., Park S.J., Lyo I.-W., Kang M.-H. Electronic and geometric structure of Si (11 l)-5x2-Au. 11 Phys. Rev. B. 2005. - V. 72, N. 15. - P. 1554438.

47. Kirakosian A., Crain J.N., Lin J.-L., McChesney J.L., Petrovykh D.Y., Himpsel F.J., Bennewitz R. Silicon adatoms on the Si(111)5x2-Au surface. // Surf. Sei. 2003.- V. 532/535. P. 928-933.

48. Bennewitz R., Crain J.N., Kirakosian A., Lin J.-L., McChesney J.L., Petrovykh D. Y., Himpsel F.J. Atomic scale memory at a silicon surface. // Nanotechnology.- 2002. V. 13. - P. 499-502.

49. Barke I., Riigheimer T.K., Zheng F., Himpsel F.J. Atomically precise self-assembly of one-dimensional structures on silicon. // Appl. Surf. Sei. 2007. - V. 254, N. 1.- P. 4-11.

50. Berman L.E., Batterman B.W., Blakely J.M. Structure of submonolayer gold on silicon (111) from x-ray standing-wave triangulation. // Phys. Rev. B. 1988. - V. 38, N. 8. - P. 5397-5405.

51. Seehofer L., Huhs S., Falkenberg G., Johnson R.L. Gold-induced facetting of Si(lll). // Surf. Sei. 1995. - V. 329, N. 3. - P. 157-166.

52. Shibata M., Sumita I., Nakajima M. Quantization of Au-adsorbed 5x2 domains on vicinal Si(lll). // Phys. Rev. B. 1998. - V. 57, N. 4. - P.2310-2314.

53. Erwin S.C. Self-doping of gold chains on silicon: A new structural model for Si(l 1 l)-(5x2)-Au. // Phys. Rev. Lett. 2003. - V. 91, N. 20. - P. 206101-4.

54. Kang M.-H., Lee J.Y. Theoretical investigation of the Au/Si(l 1 l)-(5x2) surface structure. // Surf. Sei. 2003. - V. 531, N. 1. - P. 1-7.

55. Ren C.-Y., Tsay S.-F., Chuang F.-C. First-principles studyof the atomic and electronic structure of the Si(l 1 l)-(5x2)-Au surface reconstruction. // Phys. Rev. B. 2007. - V. 76, N. 7. - P. 075414-6.

56. Erwin S.C., Barke I., Himpsel F.J. Structure and energetics of Si(l 1 l)-(4x2)-Au. // Phys. Rev. B. 2009. - V. 80, N. 15. - P. 155409-10.

57. Goldstein J.T., Ehrlich G. Site blocking in surface diffusion. // Surf. Sei. 1999. - V. 420, N. 1. - P. 1-5.

58. Tanishiro Y., Yagi K. Gold adsorption processes on Si(l 11)7 x 7 studied by in situ reflection electron microscopy. // Surf. Sei. 1990. - V. 234, N. 1/2. - P. 37-42.

59. Chin A.-L., Men F.-K. Si atom density of the Si(l 1 l)-(5x2)-Au surface: STM study. // Phys. Rev. B. 2007. - V. 76, N. 7. - P. 073403-4.

60. Matsuda J., Yeom H. W., Ostwalder J. Reinvestigation of the band structure of the Si(l 11)5x2-Au surface. 11 Phys. Rev. B. 2003. - V. 68, N. 19. - P. 195319-7.

61. H.S. Yooti, S.J. Park, J.E. Lee, C.N. Whang, I.-W. Lyo. Novel electronic structure of inhomogeneous quantum wires on a Si surface. // Phys.Rev.Lett. 2004. - V. 92. - P. 096801 - 4.

62. Ding Y.G., Chan C.T., Ho K.M. Theoretical investigation of the structure of the (\/3x x/3)/?30-Au/Si(lll) surface. 11 Surf. Sei. 1992. - V. 275, N. 3. - P.L691-L696.

63. Falta J., Hille A., Novikov D., Materlik G., Seehofer L., Falkenberg G., Johnson R.L. Domain wall structure of Si(l 11)(\/3 x \/3)ß30o-Au. // Surf. Sei. 1995. -V. 330, N. 2. - P. L673-L677.

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

65. Oura K., Katayama M., Shoji F., Hanawa T. Real-space determination of atomic structure of the Si(111)— \/3 x \/3R30—Au surface by low-energy alkaliion scattering. // Phys. Rev. Lett. 1985. - V. 55, N. 14. - P. 1486-1489.

66. Kadohira T., Nakamura J., Watanabe S. First-principles study on the atomic and electronic structure of the Au/Si(l 1 l)-a(\/3x\/3)R30° surface. // e-J.Surf.Sci.Nanotech. 2004. - V. 2. - P. 146-150.

67. Zhang H.M., Balasubramanian T., Uhrberg R.I.G. Surface electronic structure study of Au/Si(l 11) reconstruction: Observation of crystal-to-glass transition. // Phys. Rev. B. 2002. - V. 66, N. 16. - P. 165402-6.

68. Kawamoto S., Kusaka M., Hirai M., Iwami M. Nonmetal to metal phase transition in the Mn/Si(l 11)7 x 7 system. // Surf. Sci. 1991. - V. 242. - P. 331-334.

69. Evans M.M.R., Glueckstein J.C., Nogami J. Epitaxial growth of manganese on silicon: Volmer-Weber growth on the Si(lll) surface. // Phys. Rev. B. 1996. -V. 53, N. 7. - P. 4000-4004.

70. Nagao T., Ohuchi S., Matsuoka Y., Hasegawa S. Morphology of ultrathin manganese silicide on Si(lll). // Surf. Sci. 1999. - V. 419, N. 2/3. - P. 134-143.

71. Zhang Q., Tanaka M., Takeguchi M., Furuya K. Analytical UHV transmission electron microscopy studies of electronic structure changes between as-deposited Mn and Mn silicide on Si(lll) surface. // Surf. Sci. 2002. - V. 507/510. -P. 453-457.

72. Zhang Q., Takeguchi M., Tanaka M., Furuya K. Structural observation of Mn silicide islands on Si( 111)7x7 surface with UHV-TEM. 11 J. Cryst. Growth. -2002. V. 237/239. - P. 1956-1960.

73. Tanaka M., Zhang Q., Takeguchi M., Furuya K. In situ characterization of Mn and Fe silicide islands on silicon. // Surf. Sci. 2003. - V. 532/535. - P. 946-951.

74. Magnano E., Bondino F., Cepek C., Parmigiani F., Mozzati C. Ferromagnetic and ordered MnSi(lll) epitaxial layers. 11 Appl. Phys. Lett. 2010. - V. 96, N. 15. -P. 152503-3.

75. Hortamani M., Kratzer P., Scheffler M. Density-functional study of Mn monosilicide on the Si(lll) surface: Film formation versus island nucleation. // Phys. Rev. B. 2007. - V. 76, N. 23. - P. 235426-9.

76. Bussmann E., Swartzentruber B.S. Ge diffusion at the Si(100) surface. // Phys. Rev. Lett. 2010. - V. 104, N. 12. - P. 126101-4.

77. Hirvonen Grytzelius J., Zhang H.M., Johansson L.S.O. Coverage dependence and surface atomic structure of Mn/Si(l 1 l)-\/3x\/3 studied by scanning tunnelingmicroscopy and spectroscopy. // Phys. Rev. B. 2009. - V. 80, N. 23. - P. 2353246.

78. Wang H., Zoa Z.-Q. Self-organized growth of Mn nanocluster arrays on Si(lll)-(7x7) surfaces. 11 Appl. Phys. Lett. 2006. - V. 88, N. 10. - P. 103115-3.

79. ZouZ.-Q., WangH., WangD., Wang Q.-K., Mao J.-J., Kong X.-Y. Epitaxial growth of manganese silicide nanowires on Si(lll)-7x7 surfaces. // Appl. Phys. Lett. -2007. V. 90, N. 13. - P. 133111-3.

80. 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. 11 Phys. Rev. Lett. 2002. - V. 88, N. 6. - P. 066101-4.

81. P.A. Bennett, B. Ashcroft, Zh. He, R.M. Tromp. Growth dynamics of titanium silicide nanowires observed with low-energy electron microscopy. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2002. - V. 20. - P. 2500-2504.

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

83. Melmed A.J. The art and science and other aspects of making sharp tips. 11 J. Vac. Sci. Technol. B. 1991. - V. 9, N. 2. - P. 601-608.

84. Ekvall I., Wahlstrom E. Claesson D. Olin H. Olsson E. Preparation and characterization of electrochemically etched W tips for STM. // Meas. Sci. Technol. 1999. - V. 10. - P. 11.

85. Zhang R. Ivey D.G. Preparation of sharp polycrystalline tungsten tips for scanning tunneling microscopy imaging. 11 J. Vac. Sci. Technol. B. 1996. - V. 14. - P. 1.

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

87. Lai M.Y., Wang Y.L. Direct observation of two dimensional magic clusters. // Phys. Rev. Lett. 1998. - V. 81, N. 1. - P. 164-167.

88. Lai M.Y., Wang Y.L. Gallium-induced nanostructures on Si(lll): From magic clusters to incommensurate structures. // Phys. Rev. B. 1999. - V. 60, N. 3. -P. 1764-1770.

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

90. Jia J., Xue Q.-K. Spontaneous assembly of perfectly ordered identical-size nanocluster arrays. // Pico. 2002. - V. 7, N. 2. - P. 6-7.

91. Wang Y.L., Saranin A.A., Zotov A.V., Lai M.Y., Chang H.H. Random and ordered arrays of surface magic clusters. // Internation.Rev.Phys.Chem. 2008. - V. 27, N. 2. - P. 317-360.

92. Qin X.R., Lagally M.G. Adatom pairing structures for Ge on Si(100): The initial stages of island formation. // Science. 1997. - V. 278. - P. 1444-1447.

93. A.R. Smith, K.J. Chao, Q. Niu. Formation of atomically flat silver films on GaAs with a "silver mean" quasi periodicity. // Science. 1996. - V. 273. - P. 226-228.

94. Bird C.F., Fisher A.J., Bowler D.R. Soliton effects in dangling-bond wires on Si(001). // Phys. Rev. B. 2003. - V. 68, N. 11. - P. 115318-6.

95. T. Dietl. A ten-year perspective on dilute magnetic semiconductors and oxides. // Nature Materials. 2010. - V. 9. - P. 965-974.

96. C.F. Hirjibehedin, Ch.-Yu. Lin, A.F. Otte, M. Ternes, Ch.P. Lutz, B.A. Jones, A.J. Heinrich. Large magnetic anisotropy of a single atomic spin embedded in a surface molecular network. // Science. 2007. - V. 317 -N. 5842. - P. 1199-1203.

97. T. Dietl. A ten-year perspective on dilute magnetic semiconductors and oxides. // Nature Materials. 2010. - V. 9 -N.12. - P. 955-956.

98. Azatyan S.G., Iwami M., Lifshits V.G. Mn clusters on Si(lll) surface: STM investigation. 11 Surf. Sci. 2005. - V. 589, N. 1/3. - P. 106-113.

99. M. Odagiri, I. Mochizuki, Y. Shigeta, A. Tosaka. Direct observation of Si(l 1 l)\/7x\/T-Co structure and its local electronic structure. // Appl.Phys.Lett. -2010. V. 97 -N. 15. - P. 151911-3.

100. Parikh S-Л., Lee M.Y., Bennett P.A. Formation conditions and atomic structure of the Si(lll)Vl9 N1 surface. // Surf. Sci. 1996. - V. 356, N. 1/3. - P. 53-58.

101. Saranin A.A., Zotov A.V., Lifshits V.G., Ryu J.-Т., Kubo O., Tani H., Harada Т., Katayama M., Oura K. Ag-induced structural transformations on Si(lll): quantitative investigation of the Si mass transport. // Surf. Sci. 1999. - V. 429. - P. 127-132.

102. Le Lay G. Physics and electronics of the noble-metal/elemental- semiconductor interface formation: a status report. // Surf. Sci. 1983. - V. 132, N. 1/3. -P. 169-204.

103. Sakai H., Khramtsova E.A., Ichimiya A. Metastable ordering of domain walls into Si(11 l)(2\/2l x 2\/21)R(±10.9o)-Au structure studied by RHEED and STM. // Jpn. J. Appl. Phys. 1998. - V. 37, N. 6B. - P.L755-L757.

104. Khramtsova E.A., Sakai H., Hayashi K., Ichimiya A. One monolayer of gold on an Si(lll) surface: surface phases and phase transitions. 11 Surf. Sci. 1999. - V. 433/435, N. 1/3. - P.405-409.

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

106. Higashi S., Kocati P., Tochihara H. Reactive epitaxial growth of MnSi ultrathin films on Si(lll) by Mn deposition. // Phys. Rev. B. 2009. - V. 79, N. 20. -P. 205312-7.

107. Kumar A., Tallarida M., Hansmann M., Starke U., Horn K. Thin manganese films on Si(11 l)-(7x7): electronic structure and strain in silide formation. // J.Phys.D:Appl.Phys. 2004. - V. 37. - P. 1083-1090.

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