Кластерное моделирование контакта металл-кремний: системы Al/Si(111) и Au/Si(111) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Дзльнстосго'шо® отделение йисгатуг явтоилткзя и процессов упраиюняя

На правах рукописи

КЛАСТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТАКТА МЗТАЛЛ — КРЕГГШ1Й: СИСТЕМЫ Л1/В1(111) И Аи/31(111)

01.04.07 — физпхл твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соггекян о утюй степени кандиДата фя-чпко--мятмглтпче снах наук

Владивосток..... 10%

Работа выполнена в Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН

-Научный руководитель — кандидат физнко-ыатематических

паук, старший научный сотрудник В.Г. Задюдинский

Официальные оппоненты — доктор физико-математических

наук, профессор Н.Э. Осуховекнп

кандидат фнзшсо-ыатематическпх наук, стерший научный сотрудник Н.И. Плюсшш

Ведущая организация — Дальневосточный технологический

институт

•Защита состоится " <1 ■ " кюДя 1.906 года в /У . часов на заседании диссертационного совета К GG3.3Q.02 в Институте ап-ц томатики и процессов управления ДВО РАН по адресу:. 630041, Владивосток, ул. Радио 5. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институте автоматичен и процессов управления ДЬО РАН.

Автореферат разослан " " 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. ф.-м, п.

Ю.Л. Гаврилюк

СЗЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Дальнейшее р-ипитне микроэлектроники ведет к уменьшению размеров базовых элементов интегральных микросхем. При этом, очевидно, что в скоро« времени при создании элементов микросхем п приборов панокстрового размера необходимо будет более точно учитывать особенности электронного строения элементов. В то же время в нанометровых элементах возможны как специфические квантовые явления (например, туикелированне), так и явления проявляющиеся, в макроиасштабе лишь для узкого круга систем (отрицательное дифференциальное сопротивление).

Контакт "металл — полупроводник* является одним из важнейших элементов микроэлектроники. В зависимости от выбора металла и полупроводника возможно получить как омический контакт, так я выпрямляющий, в котором носители!! заряда необходимо преодолеть потеицяслькый барьер, образованный искривлением зон в полупроводнике (так называемый барьер Шотгки). В предлагаемой работе зааманиз скопцептрнртаако га выпрямляющих границах раздела, так как в этом случае особс.тао важи учзт микроскопических явлении 'па границе..

Важнейшей хярактсрггстгжсй барьера Шотгки является его пы-сота фв. -Наиболее актуарной проблемой r'ai: с эксперимента.-м>ой, так я с технологи':-сс ко я точек зрепия яэаятася создание кинтйкта "металл — полупроводник" с определенной сслипнпой барьера Шот-тки, а также создаппз систем n которых нгш;:о было бы платою наменять высоту барьера з определенных пределах при изменении технологии изготовления контакта. Из существующих способов наиболее практически доступным является метод Шснкоял, а котором высотой барьера Шоттки управляют, создавая силькологировдыши приграничный слой полупроводника при помощи ионной имглянтнцшг атомов ггримесц. Для уменьшения эффективной величины барьера приграничный слой легируется примесью того ке типа, что ч объем, а для увеличения эффективной вели'шиьг барьера —- прпмегмо противоположного типа. Высота барьера Шоттки линейно зависит от величины поверхностной концентрации (при постоянно;! оГУьсмшш

концектрации) в достаточно широких пределах.

Существует ряд теоретически моделей форьшрогакоа барьера Шоттки и процессов происходящих- в зове барьера. Как правило, они достаточно хорошо описывают определенный класс систем "металл — полупроводник", но при изменении либо одной из частей системы (чаще полупроводника), либо условий изготовления контакта дают неверные оценки величины барьера. Отсутствие единой теории барьера Шоттки и трудности в определении электронной струх-¿уры границы раздела "металл — полупроводник" экперимэаталь-'шми методами выдвигает на первое место неэмвираческие расчетные методы.

Как известно, существует два обширных класса неэмпирических расчетных методов: зонные, применяемые в основном для твердотельных расчетов, и кластерные, используемые, чаще в квантовой химии. Использование зонных методов в физике твердого тела опирается на наличие трансляционной симметрии в объемном кристалле. Применение зонных методов для расчетов электронного строения поверхностей и границ раздела, как правило, использует метод пластин. При этой задаваемая искусственно периодичность в направлении перпендикулярном к поверхности (границе раздела сред) может привести к появлению ложных состояний. Кроме того,' расчет ряда систем (наличие атома примеси в полупроводниковой части системы) провести весьма затруднительно, а в некоторых случаях и невозможно. Кластерные неэмпирические методы свободны от этих недостатков. Они максимально подходят для учета влияния примесей и дефектов кристаллической решетки. Единственной серьезной, хотя и разрешимой трудностью в кластерных расчетах является правильный выбор кластера п учет граничных условий.

Цель работы состояла в исследовании формирования барьера Шоттки и особенностей электронного строения границы раздела "металл — кремний" на примере систем А1/81(111) и Аи/Б^Ш).

Задачи исследования:

- Изучение начала процесса 'формирования барьера Шоттки и стабилизации урввмя 'йермп при субмонослойных покрытиях.

- Исследование зависимости электронной структуры системы и высоты барьера Шотткп от геометрии границы раздела.

- Изучения влияния размерного эффекта на характеристики системы.

- Изучение влияния примеси иа электронное строение системы и изменение высоты барьера Шотткп.

Научная новизна. В работе впервые методом функционала локальной электронной плотности в кластерном подходе рассчитано электронное строение области границы раздела ряда систем "металл — кремпий" н изучены особенности формирования барьера Шотткп в зависимости как от геометрии границы раздела, так и от атомов примеси, расположенных вблизи границы раздела. Показано, что при начальной стадии формирования граница раздела (система "адатом металла— $¡(111)''} патакегше уровня Ферми по отношению к краю валентной зопы зависит от места адсорбции адатоиа на поверхности, и, таким рбразом, иозеет быть объяснено изменение положения уровня Ферми при различных субмокослойкых покрытиях. Выяснена Бозмояшасть образовала барьера Шотткп при контакте си-лицидсяодобнсго соединения Аи^! н гер кипя, а также пс^хедовпгта зазпсгшость пьгеоты барьера Шоттки от геометрии границы раздела Агг481/31(111). Изучено гшгянпе размерного эффекта на электронную структуру систем "алюминий — крешшй" и "золото — кремний*. Показано влияние атомоп приповерхностной примеси на величину барьера Шотткп в сйстеме А1/3!(111).

Практическая цепкость. Рассмотренные в работе вопросы имеют фундаментальное значение для пропямания электронной структуры границы раздела "металл — кремний" и процесса формирования барьера Шоттки.

Проведенные расчеты покалывают возможность не только описывать явления вблизи границы раздела "металл --- кремний", но ц предсказывать величину барьера системы.

Апробация работы. Основные» результаты роботы докладываин-т. н обсуждались на: Первой международной конференции по фи-

зике низкоразмерных структур (Черноголовка, 1993 г,), Третьем международном симпозиуме по ¡.томной слоевой эпитаксии (Сен-даи, Япония, 1993 г.), Первом Российско-Японском семинаре по поверхностям полупроводников (Владивосток, 15393 г.), Втором Японско-Российском семинаре по поверхностям полупроводников (Осака, Япония, 19^5 г.), Тихоокеанской международной конференции "Математическое моделирование и криптография" (Владивосток, 1995 г.), а также на Восемнадцатом международном семинаре До физике поверхности (Поляаица Здруй, Польша, 1000 г.). Всего по теме диссертации опубликовало 10 печатных работ.

Автор представляет1 к защите:

а Изучение начальной стадии формирования барьера Шотткн и стабилизации уровня Ферми при субмонаслошшх покрытиях.

в Кластерное моделирование электронной структуры системы : металл - полупроводник".

в Исследование зависимости высоты барьера Шоттки от геометрии границы раздела.

• Исследование влияния приграничной примеси на электронное строение системы и изменение высоты барьера Щоттки.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литература, включающего 122 панме-Моааняя. Общий объем диссертации составляет 145 страниц, в том числе 7 таблиц, 42 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цели и задачи работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены наиболее показательные экспериментальна донны* по электронному строению границы раздела "металл — полупроводник" и формированию барьера Шоттки, а также

обсуждеиы основные теоретические модели барьера Шоттки. Анализ литературы по дачному вопросу показывает, что основная цель нсследоггнии — не.чять начатльнух» стадию формирования барьера Щотткл, показать зозможпость вычисления высоты потешшаяьного барьера гп нерпах пршщчпог? и изучить влияние на величину барьера, татшх фахторон, как атомися структура границы раздела и иаличип примесей.

Дпотся сбзор рагпиткя взглядов на процесс формирования барьера Шотткы, начиная с теории Шотгкп-Мотта п до наиболее соя ременных йсзтмешш па данный вопрос. Кратко описываются наиболее известные теории барьера Щоттхп. При зтом очерчивается круг систем д.хя кюторых гажд&т трсрпя-пайбаюге эффективна. Наибольшее Еннмпкке уделяется рассмотрению процессов в области границы раздела систем с тесным контактом "металл — полупроводник". В частности, обсуасдастся теория мэтаипыпдуцпропапных состояний ХеГшо, поскольку в опис?апп фор;шраЕаппя барьера Шоттки ддц гнетем с tyc"h;,-j контактом "металл — крешшй", рассматриваемых н данной работе, творгт.1 Xcäire играет основную роль.

Во in срой гдапг дается краткий обзор основных методов расчета электронного стрезякя крпсталкаческвх твердых тел, обсужда'отся достсггоетда я яедостатгот как зонных, так я кластерных методов раотэта. .Ояпсивгвтся пр.-$м«*,ernte зоптшх к илмггеряих методов для расчета зхектпоипого стрсегаг плперяггастен и границ раздела сред. В частности, оппстлпается дкекротйо-пярпащюпнгл» метод функционала локально:? элсятроккдй в»мкг<»стлг, »гепа'гьзопакнын з данной работе.

на примере системы " пдптом металла Si( 111)" (2 каяссп»е лдатокоа рассмотрены ато-яд золота и ячюмштя) pnr-тгтпвшдагся пачп'змп-ле стадии формирования барьера Шоттк«, якл:очая стпбнлютцнго урог*;«* Ферми при субмонослошгом покрытии nnsepwrocro металлом. 0<1суг?да«тся яяестронтш структура крем-плп нрп адсобшш атohtc-s Au я AI и влияние на ¡reo процесса ре-кпиструкккл поверхности. Изучается размерим« зффокт, тнипип-ишп»;ся при уп-^нчешш размеров кремниевой частя кластера. IV

зультаты расчетов сравниваются со спектрами СТС и ФЭС.

.В первом разделе третьей шк _аы на примере адсорбционной системы А1/31(111) рассмотрено влияние реконструкции поверхности на электронную структуру системы. Показало, что учет реконструкции поверхности 81(111)\Д х \/3-А1 при адсорбции атома А1 в позицию Т4 ведет к насыщению оборванных кремниевых связей. При этом в запрещенной эонЬ кремния исчезают поверхностные состояния и уровень Ферми стабилизируется исключительно металлоии-'дуцировашшми состояниями. Показано, что положение дна зоны . проводимости слабо зависит от того, рассматриваем мы реконструированную систему или систему без реконструкции..

Рассматривается метод сканирующей туннельной спектроскопии (СТС) как основной инструмент получения информации о локальной электронной структуре поверхности. Изучается взаимодействие "игла - образец" и влиячпе этого взаимодействия на спектры СТС. Показано, что локальная электронная структура поверхности кремния почти не измеияетсая при взаимодействии иглы СТМ с образцом, так что экспериментальные кривые (У/1)<Я/с£У достаточно хорошо описывают реальную элгктрснЕуга структуру поверхности кремния.

Сравнивается, пгдрцаальп&з шготкость . электронных состояний (ПЭС) р(Е) атома А1 в позиции Т< поверхности 81(111) без учета реконструкции поверхности и с учетом реконструкции поверхности &1(111)\/3 х с зкспер}теитальшй зависимостью (У/1)И/¿У

для места Т<-А! поверхности 8!(111)\/5 х \/&-А1'(см. рис.1). Показано, что хорошее сходство парщгальпой ПЗС с экспериментальной зависимостью (У/1)Л/с1У для места Т<-А1 может быть получено при учете того, что игла чувствует не только состояния ближайшего атома поверхности (непосредственно под цен), ко и состояния прилегающих областей.

Во втором разделе третьей главы рассматривается начальная стадия адсорбции атома золота на 81(111). Построены кри:ые энергии свяли и зависимости от расстояния "адатом - поверхность" для разли'йш.'С мест поверхности Б1{Ш) — Нз, Т^, Ть а также исследуется возможность замещения атомом золота верхних атомов кремния

(V/I)J!/dV

<a>

-2-1 0 1 2 НАПРЯЖЕНИИ (В)

ЭНЕРГИЯ (eD)

Г

(в) г

-2-1 0 12

ЭНЕРГИЯ (еЗ)

Рис. 1. (а) Экспериментальная зависимость для Т4-Л1 поверхности 81(111)\/3 Ул/3-А1 (из работы [1]). (б) Кривые пар-, цпалькых ПЭС р(Е) атома А1 в позпцг.1 Т4 поверхности 81(111) без учета реконструкции поверхности (штриховая линия) и с учетом реконструкции поверхности (сплошпя линия). (в) Дис-переполшге кривые по результатам зонных расчетов для позиций Т4-Л1 (сплошная линия) и Т4 (штрпхопат лшшя) структуры БНШЬ/З х >/3-Л1 ¡2,3].

поьсрхаост» Gi(lll). Расчетм показывают, что Iij являете.« наиболее стабоздшз nosacuest доя адсорбцлп единичного атома -•плота на иерсда&сироззкаой погсрхсостп Sî(lll), при этом атом золота находится иа 1.59 A ntxno nùpxeei вяаскостя Si(lll). Энергия евгзп ршша 4.73 з-В, а ¡шя&лезьияя 4sr"*ora 37 ci.i-1. Полученные эияче-сне ï»p«ao согдасуюусл с з^гс^агсятальшдми данными. Покалят, что при конватпои imsepsxypfe атом золота не может проникать » объем крютадоа кргкгшя. Псхчгаяа ташожкоегь замещения верхнего атома кремния атомом.гояггга.- йггтсздейстаг:« «угона золота с крешшеной подложкой гмгет почта чжю vannait хврактер, и нет ослабления связей цоз>с-р::йоепшх атомов кремния. Обнаружен перенос заряда 0.8е от атоьш '.:ашта к кремниевой подложке.

Сргсзисшо фотоэлектронных сясктроп, рассчитанных дл~ различных случаев адсорбции, с лкспсриментпльшл! спектрами ФЗС дли малых покрытий зол«»га (8 = 0.2 МС), п;гдтагр;»сдает »ывод о том, что на начальной стад ни адсорбции 'атомы занимают по.п(гд»чш« И:,

на 81(111). Сравнение парциальной IIЭС атома золота и Нз со спектрами СТС для различных мест поверхности 31(111)4/3 х т/З-Аи 'ке противоречит этому выводу.

Анализ электронной структура кластерной системы Аи/51(111) при адсорбции одиночного атома золота в места Нз и поверхности 81(111) (кремниевая часть системы содер&сла два двойных крешпт-евых слоя (ДКС)) погевз^э, что в случае адсорбцш» в Нз во втором ДКС дно зоны проходимости находите» баглю к уровню Ферми, чей Ьри адсорбции б Т^. Аналогичная залсашость плбжод&лась и при увеличении размеров крсьишесаа часты сасгемы.

В четвертой глаза исследуется шете геометрш.1 границы раздела на электронную структуру системы "нзталл - крекшии" п формирование барьера Шотхкц. .

Б первом раздало четвертой глалы рассматривается система "пшо-шшш - кремшш" для случая сштшшшгого и точечного контакта. В сястемз с'кремиксаоа чатам? из двух дво&шх слоев (кластер А11^»Н»), ыоделпрующой ковтаат А1/п-3|, яоаухеш елгдуго-шив вслачшш бартера, Шоттки тоютшзё кситакт: фц 0.Г0 оВ, этхгввдшшлхиЗ контакт: фц «= 0.6-5 эВ; Ак.'игсз гэь'злемшг гахс&т барьера Шотгт .для А1/»-8| при перехода от точечного коятак-га к эпитаксналыюьу показал, что пра отагслсгяш сгрушдод йвдагшшя от зпптакскальпой иаблхэдазтея уг^шчеше фв-

Пссгкдопзио шяш& размгркого зффеста иа харгаггорпстшш св- -стемы. Пра этом коатакт "шаошпав — крепкий* с кремниевой частью ¡:з пята двойных врсц&асгыз слаез модеятров-одся кластером А^^гзН.". Парциалыше ПЭС для этого кластера представлены на рис. 2, пз которого видно, что шмздзеипе дна зоны проводимости со втором двойном слое кремния в точности- соответствует величине барьера Шоттки для кластера А1и81вН|&. Однако реальная высота барьера формируется не гл втором, а и четвертом двойном слое — на расстояния ^ 10 А от границы с металлом, и-ровна фа -- 0.75 эВ, что очс!". близко к экспериментально:.^ значению 0.7 эВ для тесного контаАа Л1/8|(111) [4].

Во втором разделе четвертой главы исследуется Контакт

P-rfc. 2. Пцррпальныс ПЭС р(В)(сост./ эВ-аточ) кластерной системы AliiSicjUsa для алташпгаеяол части системы л для KiV.'v'oro двойного кремниевого слоя. Кремготеш.к двойпые слпл прапумерсваки а порядке удалп.чня от границы рзадсля. Вертпх&лмт сггрякопея лягшд — урсзгт'Ь

«Ьерют.

Au/Si(lll). Нгзостпо, что пря достшкенлв толгопнп золотой пленки г. дсп мопсслоя, паитапстся процесс пералесотплая атсиоз зелота п

!л;хя с обрасгваигшм спдапчдоподоРпого создмасаяд золота, делпрсг-ояась электронная структура тсак золотой пленки (4 кс.чо-слсл), так я стлпцидоподобкого саед;:игш:Л золота к a Sl(lll), ксто-рог «брагу отс-т ирн горгмс-шшзптпп лттелоз золота п крекчая.

Пока:) !*"}, что'в oct'j.'o "Am (ок:т}n-Ci* формируется ба-pi.ip uiVcriai micoTo-j 1 :>В, o.«n<;.> n здгетпрсгшей структуре irixi, в третьем - четвертом „дам слое, 5фгсутстауют состсптзя, лалодсю i?a урогче <t?p:nr, что «пдвтгяьегпуат о яез'стойч'тгосп системы.

Ре&яЬчвш ксатагсг "затого - крлшяй" доделарозздея систг.'юй, состоящей :о ггсйегера кре:гиг.ч а даух иятаатотшх тетраэдров, л гюгорах' атом Si плодятся з центре, а атoim Аи — з вертнках (си. рпс. 3). При этом рассиатр'гг.;ъ"псь даа случая: зерхшш тетраэдр может быть как повернут пп 180" вокруг пертпхаяь'кш сса относительно нижнего (в дальнейшем этот случай будем налипать "развернутым"), так п по повернут ("неразвериутыи" случчй). Эта система из двух AujSi тетраэдров размещалась над местами Т4 и Н3 поверхности1'-Si(l 11).

На рис. 3 представлены результаты расчета парциальных (ПЗС)

/ХЕ) ^J I

-1-2-10123

О.'ггрпя (зВ) ■

/>(Е)

/>(Е)

-2 0 2 Зигрпга (sU)

-2 0 2

Знержя (эВ)

О Si

в Ли

Рис. S. Парциальная плотность »дектрекних состояний р(Е) для кластерных скстш (a) AusSiî/SiioHij и (б) AugSij/Si&His (для "неразвср-путого" случая) Вертикальная штриховая яавйя — уровень Ферми;

для кластерных систем, (a) AugSij/SitoHu и (б) AugSÍj/SisHu (для "кьразйрркуЕОГй'' случал). IIa той асо рнсуккс изображена схема расположения &тош>а Е кластера:, Мбталлогндуцйропашше состояния в обоих cayiasx ишг ко старом даойкои крсмикезом слое (ДКС) aazzyja вагсасявзость. 'Д»т кластерной cscresÄt AugSlj/SiioíIis со-дичшг. карьера Шотгек Ais ксктапта с крс^пиш о-тюза разшг фи « Ö.G5 'зВ, a..#at сгскасг. AujSij/SteHu фь »'1.1 Щ Веди* чаиа барьера дли «кгг«д>г AiisSií/^íjoIIu д.тя систегш

AueSlí/Íf¿Hts (ai. pue. 3). Бкя ссе&фрвап рагтр:яз£ аффект п sii-ясшхябсь, что aírüsorñ«iK¿fi результат kücov место п дая спсгаш с пятью ДКС ? к^сшясазй часто.

Дюг "pssKî-v-uyrerc" случая Еодучгка та ко ззпеевмзеть янго-ж барьера от tisera рдскожагеишг бяшЫгшсго к совсгшгосш' тетраэдра Au4Si ка Si(lll).

. В пятой гяагч изучается ярозссс гжакиш оркигся'в иркповерх-косткых'слоях ка есдшштп' барьера Шотгки Фв- Еоказаво, что при размешекка лтема npv.uacK {ttucrrropiiof: идя докорной) непосредственно ьблнзи гр«ипцы (е первый ¡yjñ второй двойные кремпневыг слои) его наличие или ис oiaausn^T влшп:пя ка формирование бары pi; Шоттки, или же приводит к бакс глубокому проникновению

(а) (б)

Знгрпгя (зВ) Э::ерпга (эВ)

Рис. 4. Парцпалыте тиотностп состояний р(Е) (сост./эВ-атсм) юта- * стерших систем (а) ^МнР^ЬгН;« ц (б) ЛЬ'Сс^Р^гоКи дм агоин-ггаетоп часта систем*« и для кт^дого двойного кремниевого слоя, Кремняезие двойное слои пронумзрсгшт в порядке удаления от границы раздела. Вертикалыхэл ттргакт линяя — уровень Ферми.

металлоиндудиропаиных состозтан в кр'-'Шигй. . Для более детального моделирования коктг,;ста А1/;>-51 атом кремния пятого слоя был заметценеи ".томом акцепторной примеси (А1) В этом случае величина барьера Шоттки для днрок была фп~ 0.5 эВ, а его ширина ~ 3 А. Барьер был сформирован ва втором ДКС. Малая ширина барьера объясняется слабой локализацией примесные (акцепторных) состояний. Таким образом, бартер для дырок минимальной ширины получается при размещении атома акцепторной примеси на расстоянии ~ 15 А от границы раздела "алюминий — кремний".

Для исследования более глубокого расположения атома донора л формирования барьера Шотткн система А1 /п-Б\ моделировалась кластером А1|4Рг8»21Нзз, где атом фосфора был помещен в 5-ый двойной слой. На рис. 4(а) представлены парциальные ПЭС для алюминия я

каздого двойного кремниевого слоя.

Пик С с энергией +0.11 эВ в 5-ом слое интерпретировал как прижимание дна зона проводимости к уровню Ферми, что характерно для полупроводника п-тнпа. Пек D с энергией —0.29 эВ представляет собой смесь Зз состояний фосфора и кремния, & пик С в области вакантных состояний — смесь Зр состояний фосфора и 3s состояний крешшя. Пик V хштериреткрor.au к&к потолок валентной зоны.

Рисукои 4 (а) демонстрирует реазышй изгиб зон ц, соответственно, реальный барьер IHottkxi. Его высота определяется положением дна золи проводимости с четвертое: двойном слое кремпат ДКС к равна фц — 0.73 эЕ(пр1г швргшз ~ 10 А), то есть практически та же, что получена i: придыдуидап гласа при ргхшотрзнва контакта алгаиншаг с негггнрогашши крсгягасм. Изгиб зон очеыь резкпй, Ее уменьшается о г 0,73 эВ до 0.11 dB при переходе от четвертого слоя к пятому.

Легнрованио кратрслэтЕого cans екмаш Al/n-Si акцепторной npii.\iccj,io шдалроаааосг» up:; швдощк кластера AluGajPiSisaHsi, где атом фосфора бил рохевдеш в о-ьш дзойшй слой, г.. атом галлии. — во второй двойкой сгай. Пцяцгоггаые ИЗ С д.'ьт этого скупая преде ¿«шлены на, рас. '1(6).

Неряду.суг» овксг^пьалп тивезвшзш в засктрошюй структуре в пятом ДКС'пра р"М.:йг,;снгиХ тан &тош. фосфэра, во ьторам детшкзк сдоо tipeinaui (-гам, где находится: ат&к raxsae) сформировалось нечто похоже па зроргстачсскуш cxcisy ;>о5д&етп <р—п-пер^.кодп: им<> итск шггенешялгй с««. tascuTiau; состолыий згблпзн урогис Ферм;; п запрещенная аокь с диозт аски вройодииогте. лря ОД? аВ.

Таким сйразо>:. ьтоиоа: roxsos ,&тс??н кремния вто-

рого ДКС систсди AI/r-S: ирцодкт к у«ели'г-'шаэ пгг.тшад 6b.pi.opa Шотгкк на 0.17 aS, что иеодигшя 3 июрешэа согласии с эклере-ментаяьиыик данными, где ш&яод&тсь увеличение высота барьера Шотткп от 0.GS эВ до 3.SO-O.S5 эВ при титлактат;!.' атомов Ga в поверхностные слои H-S1 [5].

Лсгкро&шшс ¡¡рнграиичгюго елгкг системы AI/n-£i доиоркоа прл-:.нтьк> »ядоайршшлзед. вря еомсаш: кластера А1 ц Аьj pj Siajll^з > где

атом фосфора был помещен п 5-ый дзойиой слой, а атом мшпъяка — во второй двойной слой. Наличие атома мьппьяка во втором ДКС привело к опусканию дна зоны проводимости в этом слое почти до уровпя Ферми (0.2 эВ) аналогично тому, как это происходит в пятом слое при помещении туда атома фосфора (си рис. 4(а)).

Барьер Шотткп сформировался в третьем слое. Его высота составила 0.5 эВ, а ширина ~ 3 А. То есть, замещение атомом мышьяка атома кремния второго ДКС системы А1/п-31 приводит к уменьшению как высоты барьера Шоттки, так а его ширины.

Кроме вышеописанных, были проведены расчеты, в которых атомы примеси (ва я Аз) замещали в системе А^^йггНз'з атом кремния четвертого двойного кремниевого слоя. Общая тенденция отмеченная Еыше сохранялась, но в силу близкого расположения примесей (4-5 слои) состояния сильно перемешивались, картина ПЭС получалась не такой отчетливой и эффект влияния приграничной примеси на величину барьера Шоттки проявлялся слабее.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разные положения уровня Ферми относительно краев запрещенной зоны при адсорбции одиночного атома в разданные места поверхности 81(111) могут объяснить изменение высоты барьера Шоттки при начальной стадии адсорбции, когда заполнение мест адсобции на £¡(111) идет в определенном порядке.

2. В процессе формирования границы раздела "алюминий - кремний* и "золото - кремний* заряд переходит с атомов металла па кремний.

3. При нарушении эпитаксиальностн контакта "алюминий - кремний" увеличивается величина барьера Шоттки.

4. При контакте силнцидоподобного соединения Аи^Б» с крешшгм формируется барьер Шоттки, величина которого зависит от детальной структуры соединения Аи^Б).

5. Замещение в системе "алюминий - кремний" атомом как до-норной, так и акцепторной примеси атома кремния, находящегося непосредственно вблизи границы раздела (первый или второй двойные кремниевые слои), или не оказывает существенного влияния на формирование барьера Шоттки, или ведет к более глубокому проникновению ыеталлоиндуцированных состояний в кремний.

6. Высота барьера Шоттки, формирующегося в системе "алюминий - кремний" при замещении атомом донорной примеси атома кремния, достаточно удаленного от границы раздела (пятый двойной кремниевый слой), не зависит от того, учитывается ли примесь в явном виде.

7. При замещении атомом акцепторной примеси атома кремния в системе Al/n-Si (приграничное легирование) высота барьера Шоттки возрастает, а при замещении атомом донорной примеси — убывает, причем при сближении атомов приграничной и объ-

' емкой примесей данный эффект ослабевает.

8. lía примере систем Al/Si к Au/Si показана, что применение метода функционала локальной электронной плотности в кластерном подходе позволяет правильно описывать электронную структуру системы "металл - крешши", рассчитывать высоту барьера Шоттки, тякчестЕеико согласующуюся с экспериментом, адекватно описывать влияние на высоту барьера как геометрического строения границы раздела, так и наличие првмесеа в кремния вблизи границы раздела.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Dcbrodey N.V., Ziegelman L.I., Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A. Adsorption of Au atoms on the Si(lll) surface: nonempirical cluster approach// Abstracts of the 1st International Conference on Physics of Low-Dimensional Structures, Chernogolovka, Russia, Dec. 7-10, 1993,1 p.

2. Dobrodey N.V., Ziegelman L.I., Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A. Nonempical study of the Au adsorption on the Si(lll) surface// Proceedings of the First Russia-Japan Seminar on 'Semiconductor Surfaces, Vladivostok, Russia, Sept 5-12,1993, P 130-140.

3. Dobro'dey N.V., Ziegelman L.I., Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A. Adsorption of Au atoms on the Si(lll) surface; nonempirical cluster approach// Abstracts of 3rd Internationa! Symposium on Atomic Layer Epitaxy and Related Surface Processes, Sendai, Japan, May 25-27, 1094, P. 140.

4. Dpbrodey N.V., Ziegelman L.I., Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A. Nonempic-iu cluster study of the Au adsorption-on the Si(lll) surface// Surf. Rev. and Lett - 1994.-V. 1, № 2&3-P. 273-234.

5. Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A. Influence of a tip/sample interaction on scanning tunneling spectroscopy data// Surf. Rev. and Lett.-1995 - V. 2, K» 2 - P. 219-223.

6. Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A. Electronic structure and the tunnel current in Al/Si nanoscale systems: local density cluster calculations// Phys. Low-Dim. Struct - 1995.-4/5 - P. 71-80.

7. Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A. Influence of electrical active impurities on the electronic structureof the Al-Si interface// Abstracts of the Second Japan-Ruesia Seminar on Semiconductor Surfaces, Osaka, Japan, Nov. 5-12, 1995, P. 10-11.

8. Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A. Computer Modeling of nanosrale atomic sy.MCius// Abstracts of Pacific International Conference

"Mathematic.il Modeling and Cryptography", Aug. 13-20, 1935, P. Si

9. Зааодинскнй В.Г., Куяноа И.Л. Влияние атомов легирующих примесей (Р, В) на электронную структуру наносистем Al-Si: кластерный подход// Микроэлектроника- 1995.- № 6 - С. 456459.

10. Zavodinsky V.G., Kuyanov LA. Influence of the P, As, and Ga doping on the electronic structure cf the Al/Si interface// Abstracts of the 18th International Seminar on Surface Physics, Polanica Zdroj, Poland, June 10-14, 1996, 1 p.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

[1] Hamers R.J., Demulh J.E. Electronic structure-of localised Si dangling-bond defects by tunneling spectroscopy// Phya. Rev. Lett-198$.- V. 60, X* 24 - P. 2527-2530.

[2] Nordirup J.E. Si(lll,)v5 x \'%/d: An sd&toai-muused reconstruction// Phy*. Rev. 1лИ.- 1084,- V. 63, li' 7 - P. 683-GS6.

[3] Nicholis J.M., Mártensson P., Haruson G.V., Northrup J.E. Surface states on Si(lll)\/3 x V^-In: Experiment and theory//' Phys. Rev. В - 1935.- V. 32, ?.'» 2.- P. 133J-1335.

[4] Thanailaliis A. Contacts between mettly and atomieaily clean еШ- . con// J. Phys. C: Solid State Phys. - 1975.- V. 8. - P. 655-G68.

[5] Стопина Н.П., Качурин Г.А. Управление эффективной высотой барьеров Шоттка isa Кремона ехсдропасм нкзкоэкергетичиых ио-иоп галлия// Поверхность — 19S8.-X' 12 - С. 138-140.