Количественный анализ атомной структуры поверхностных фаз с помощью сканирующей туннельной микроскопии

Утас, Татьяна Валерьевна

Количественный анализ атомной структуры поверхностных фаз с помощью сканирующей туннельной микроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Утас, Татьяна Валерьевна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Владивосток МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Количественный анализ атомной структуры поверхностных фаз с помощью сканирующей туннельной микроскопии»

Автореферат диссертации на тему "Количественный анализ атомной структуры поверхностных фаз с помощью сканирующей туннельной микроскопии"

На правах рукописи

Утас Татьяна Валерьевна

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ФАЗ С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ ТУННЕЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ

Специальность - 01.04.07 Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Владивосток 2006

Работа выполнена в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Зотов Андрей Вадимович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

старший научный сотрудник Заводинский Виктор Григорьевич

доктор физико-математических наук, профессор

Бахтизин Рауф Загидович

Ведущая организация: Институт общей физики РАН,

г.Москва

Защита состоится 3 марта 2006 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.056.08 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук при Дальневосточном государственном университете по адресу:

690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8, ДВГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале №2 библиотеки Дальневосточного государственного университета по адресу: 690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8, ДВГУ.

Автореферат разослан 27 января 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.ф.-м.н.

СоппаИ.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. Прогресс в области микроэлектроники тесным образом связан с уменьшением размеров полупроводниковых устройств. В последнее время электроника выходит на новый уровень, переходит от микро-к наноэлектронике. Такой переход невозможен без создания базы знаний о новых материалах - наноструктурах, которые могут обладать новыми свойствами и функциональными возможностями. Наноматериалы представляют собой искусственно или естественно упорядоченную или неупорядоченную систему базовых элементов с размерами нанометрового масштаба и особым проявлением физического и (или) химического взаимодействий при кооперации наноразмерных элементов, обеспечивающих возникновение у материалов ранее неизвестных механических, электрофизических, оптических и других свойств, определяемых появлением наномасштабных факторов.

В настоящей работе в качестве объектов исследования выбраны поверхностные фазы AI и In на монокристаллических поверхностях Si и наноструктуры на их основе. Данные адсорбаты являются металлами III группы, которые интенсивно используются для создания полупроводниковых приборов на основе Si. В связи с этим поверхность Si является подходящим материалом для создания полупроводниковых приборов нанометрового масштаба Поверхность как двумерный материал обладает свойствами, отличными от свойств объемного материала. Создание двумерных, одномерных и ноль-мерных объектов и изучение их свойств является необходимым этапом на пути к разработке новых полупроводниковых приборов.

Среди процессов, происходящих на поверхности, особое место занимает самоупорядочение атомов в периодические структуры: двумерные поверхностные фазы, одномерные квантовые проволоки и ноль-мерные объекты. Последние представляют собой кластеры, состоящие из нескольких атомов ад-сорбата и подложки. Найти такие экспериментальные условия, при которых системе адсорбат-подложка будет выгодно сформировать структуру с необходимыми строением и свойствами, - одна из самых важных задач, потому что использование способности системы самоорганизовываться в упорядоченные наноструктуры приведет к удешевлению технологии создания элементов нанометрового размера.

ЮС. национальная I i библиотека i

собой уникальный метод исследования поверхности. В СТМ изображениях с атомарным разрешением содержится информация о распределении электронной плотности в локальной области поверхности, которое в свою очередь отражает расположение атомов в верхнем слое поверхности. Уникальность СТМ обуславливается его пространственным разрешением порядка 1А в плоскости поверхности и разрешением по вертикали порядка 0,1 А. Количественный анализ СТМ изображений заполненных и незаполненных состояний поверхности позволяет получить информацию о структуре поверхности, которую не дают другие (интегральные) методы исследования поверхности.

Целью диссертационной работы является исследование атомного строения поверхностных фаз А1 /81(111) и упорядоченных массивов магических нано-кластеров в системах А1 /Э1(111) и 1п/81(100) на основе количественного анализа СТМ данных.

Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Разработать методику количественного анализа СТМ изображений с целью определения покрытия адсорбата и кремния.

2. Оценить ошибку в определении покрытий, найти способы ее уменьшения и установить условия применимости методики определения покрытия.

3 Изучить состав и атомную структуру 7—фазы А1/81(111) и ее доменных границ с помощью количественного анализа данных СТМ.

4. Определить состав и атомную структуру поверхности 81(111)\/7х\/7-А1 на основе СТМ изображений с атомарным разрешением.

5. Проверить возможность образования магических нанокластеров А] на поверхности 81(111). Определить атомное строение и состав кластеров 81(111)7x7—А1. Исследовать процессы замещения и кластерообразования при начальной адсорбции А1 на поверхность 81(111)7x7.

6 Определить оптимальные условия формирования бездефектного массива 81(100)4x3—1п магических нанокластеров 1пв817 и установить возможность их модификации. Проверить атомную модель кластера 1пб817 и определить состав и атомную структуру модифицированного кластера.

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

1. Разработана методика определения плотности атомов кремния в верхнем атомном слое поверхностных структур. Определены условия, при которых данная методика дает результаты с минимальной ошибкой.

2. Получена количественная информация о составе и структуре 7—фазы А1/81(111), предложена модель ее атомной структуры.

3. Определены положения атомов А1 в поверхностной фазе 51(111)\/7х л/7-А1 и предложена ее атомная модель.

4. Исследован механизм образования упорядоченного массива магических нанокластеров А1 на поверхности 81(111)7x7—А1. Показано, что структурная модель, предложенная для нанокластеров металлов III группы 1п и ва, справедлива и для нанокластеров А1.

5. Определен состав магических нанокластеров 1п Б) на 31(100) и подтверждена ранее предложенная атомная модель кластера 1пеЭ17. Обнаружена возможность легирования нанокластера 1пб817.

Практическая значимость исследования. Разработана методика определения плотности атомов кремния в верхнем атомном слое поверхностных структур. Данная методика может быть применена для исследования атомного состава различных поверхностных структур адсорбат - кремний.

Ряд исследованных в данной работе поверхностей 7—фазы А1/81(111), —А1 и 81(111)7x7—А1 в добавление к хорошо изученной ранее —А1 представляют собой законченный ряд поверхностных фаз в системе А1/81(111), которые формируются в субмонослойном диапазоне покрытий при высокой температуре.

В работе определены такие экспериментальные условия, при которых формируются гомогенные хорошо упорядоченные структуры и массивы магических нанокластеров, занимающие всю поверхность. Определены диапазоны температуры и покрытий адсорбата, при которых формируются магические нанокластеры, показано, что нанокластеры представляют собой достаточно устойчивые объекты. Данный результат может быть полезным в будущем при разработке технологий изготовления полупроводниковых приборов на основе поверхностных фаз и наноструктур.

Продемонстрированная в работе возможность легирования нанокластера 1п/81(100) представляет большую практическую ценность, поскольку показано, что нанообъект в результате легирования радикально меняет электрические свойства.

Основные защищаемые положения.

1. Анализ массопереноса атомов подложки в ходе формирования поверхностной структуры на основе СТМ изображений поверхности позволяет определить концентрацию атомов подложки в поверхностной структуре с погрешностью менее 5% при учете влияния структурных дефектов поверхности.

2. Структура 7—фазы А1 на поверхности 31(111) представляет собой квазипериодический массив доменов. Атомы А1 внутри доменов имеют гексагональную упаковку с периодом 1,1ах 1,1а (где а=3,84 А- постоянная решетки 81(111)1x1). Плотность атомов 81 в верхнем атомном слое 7—фазы А1 /81(111) составляет 0,84 и 1,01 МС, а покрытие А1 равно 0,76 и 0,64 МС в зависимости от преобладающего типа доменных границ, при этом средний размер квазипериодических доменов равен 9, 2а и 9,8а, соответственно.

3. Атомная структура поверхностной фазы 81(111)-\/7х\/7—А1 представляет собой гексагональный массив тримеров А1 на объемоподобной поверхности 81(111)1x1. Центры тримеров находятся в положениях а атомы А1 в тримере занимают положения, близкие к Т4.

4. Атомы А1 на поверхности 81(111)7x7 проявляют способность к формированию упорядоченного массива магических нанокластеров. В состав каждого нанокластсра входит 3 атома 81 и 6 атомов А1. Атомное строение нанокластера А1-81 описывается структурной моделью, предложенной ранее для нанокластеров 1п—и ва-Зь

5 Поверхностная структура 81(100)4x3—1п представляет собой упорядоченный массив магических нанокластеров 1п Бь Каждый нанокластер содержит 6 атомов 1п и 7 атомов 81. Дополнительная адсорбция 1п приводит к модификации до 35% нанокластеров. Модификация заключается в замещении двух центральных атомов в кластере на атомы 1п.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались па международных, российских и региональных конференциях, в том числс на II, IV, VII и IX Региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, ИАПУ ДВО РАН, Владивосток; Региональных научных конференциях студентов и аспирантов ДВГУ, Владивосток, 2001 и 2002 г.; Третьей международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Владивосток, ВГУЭС, 2001 г., Международном Симпозиуме "Принципы и процессы создания неорганических

материалов", г.Хабаровск, 2002 г.; Пятой и шестой всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто-и наноэлектронике, СПбГПУ, Санкт-Петербург; Samsung Young Scientist Day, Novosibirsk, 2004 г.; The Fifth Russian-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces, Vladivostok, 2002г.; Международной конференции "Scanning Probe Microscopy-2003", Нижний Новгород, 2003 г; The 7th International conference on Atomically Controlled surfaces, interfaces and nanostructures, Nara, Japan, 2003 г.; The sixth Japan-Russian Seminar on Semiconductor Surfaces, Toyama, Japan, 2004 г..

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертационной работы опубликовано 11 статей в рецензируемых научных журналах.

Личный вклад автора заключается в активном участии в проведении экспериментов, разработке методики количественного СТМ анализа, обработке экспериментальных данных и интерпретации полученных результатов. Вошедшие в диссертацию результаты отражают итоги исследований, проведенных автором в ИАПУ ДВО РАН совместно с группой сотрудников. Часть СТМ изображений с атомарным разрешением получена лично автором. Разработаны методики получения количественной информации из СТМ изображений, а также освоена технология изготовления игл для СТМ.

Участие соавторов публикаций заключалось в следующем: д.ф.-м.н. Зотов A.B. является научным руководителем диссертанта. Д.ф.-м.н., профессор Са-ранин A.A., д.ф.-м.н. Зотов A.B., д.ф.-м.н. Котляр В.Г. и член-корр. РАН, профессор Лифшиц В.Г. участвовали в обсуждении результатов. Теоретические расчеты для структур —Al и Si(100)4x3—In были выполнены Чукуровым E.H.. В работе также участвовали к.ф.-м.н. Писаренко И.В., Черевик М.А.. Техническое обеспечение СВВ установки производилось к.ф.-м.п. Чурусовым Б.К., гл. инж. констр. Каменевым А.Н. и м.н.с. Утасом O.A.. Часть программного обеспечения, необходимая для обработки экспериментальных результатов, была написана м.н.с. Утасом O.A..

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 166 страниц, включая 81 рисунок и список литературы из 105 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе "Количественный анализ атомной структуры поверхностных фаз с помощью сканирующей туннельной микроскопии" представлен литературный обзор, в котором приведены базовые сведения о поверхности и се модификациях, об атомном строении чистых поверхностей 81(100) и 81(111). В главе описана роль атомов адсорбата и атомов подложки в процессе реконструкции поверхности и формирования поверхностных фаз "адсорбат-кремний", а также способы определения состава поверхностных структур Представлены сведения о нанокластерах на поверхности, и даны общие представления о низкоразмерных объектах.

Вторая глава "Экспериментальная установка и методы исследования" посвящена описанию основных принципов работы методов СТМ, СТС и ДМЭ и их специфических особенностей. В главе представлено описание аппаратуры и методики проведения экспериментов, рассмотрены проблемы экспериментального определения состава поверхностных структур.

В данной главе представлена методика определения концентрации атомов для многослойных поверхностей. Данная методика включает в себя количественный анализ СТМ изображений и расчет покрытия по балансу атомов до и после реконструкции поверхности. Проведены оценочные расчеты, определяющие применимость данной методики и факторы, влияющие на ошибку в определении покрытия 81. В последующих двух главах представлены результаты использования разработанной методики для анализа конкретных систем "адсорбат-кремний".

Третья глава "Атомная структура поверхностных фаз А1 на поверхности 81(111)" посвящена исследованию двух поверхностных фаз со стехиометрическим покрытием А1, равным 0,45 моноатомного слоя (МС), и 7—фаза А1/81(111), которая наблюдается в диапазоне покрытий А1 0,64-4-0,76 МС. Обе фазы существуют в температурном диапазоне 600ч-700°С. Были определены условия формирования данных структур с наймет,шей плотностью структурных дефектов. Получение СТМ изображений поверхностных фаз А1/81(111) с атомарным разрешение в сочетании

с количественным анализом СТМ изображений, включающим определение покрытия А1 и Б!, позволило пересмотреть имеющиеся в литературе атомные модели этих структур.

Рис. 1. СТМ изображения (77x123 А2): (а) - заполненных состояний поверхности Si(l 11)7x7 (ромбом показана элементарная ячейка 7x7, в которой отмечены половинки с дефектом упаковки (выглядит ярче) - "F" и без дефекта - "U"); (б) - незаполненных состояний ПФ Si(lll)v^x\/3—А1, где темные области соответствуют дефектам замещения атомов А1 на Si; (в) - заполненных (вверху) и незаполненных (внизу) состояний ПФ Si(lll)\/7x"v/7-Al. Линии проходят через центры максимумов в заполненных состояниях и центры тримеров в незаполненных. (г) - Ячейка \/7х/7 —А1 повернута относительно ячейки 1x1 на угол 19,1°. (д) - Структурная модель тримера атомов А1 с центром в Т\. У каждого атома А1 и центрального атома Si по одной оборванной связи.

Процесс формирования упорядоченной ПФ Si(lll)\/7x\/7—А1 включал в себя два этапа: получение хорошо упорядоченной поверхностной фазы т/Зхл/З —А1 осаждением ЗМС А1 па поверхность Si(lll)7x7 при температуре ~750°С и дополнительное осаждение ~0,15 МС А1 на сформированную поверхность л/Зхт/З —А1 при температуре ~700°С СТМ изображения поверхностей Si(lll)7x 7, Si(lll)\/3x \/3 —А1 и Si(lll)\/7x\/7—А1 представлены на рис. 1. СТМ изображение чистой поверхности Si(lll)7x7 необходимо для определения ориентации ячеек 7x7, а именно взаимное расположение половинок без дефекта и с дефектом упаковки (fault and unfault halves). На СТМ изображении незаполненных состояний ПФ Si(lll)\/3x л/3—А1 (рис. 1 (б)) каждому светлому максимуму соответствует атом А1, а отсутствие некоторых максимумов соответствует дефектам замещения атомов А1 атомами Si Наличие ~0,08 МС атомов Si, встроенных в \/3x\/3—А1 вместо атомов А1, объясняется тем, что в исходной структуре Si(lll)-7x7 содержится 2,08 МС Si, а в структуре —А1 ровно 2 МС Si.

На рис. 1 (в) представлены СТМ изображения заполненных и незаполненных состояний поверхности

Si(lll)v/7x\/7 —А1 (полярность иглы СТМ пере-

мятом дефект замещения SI атом

°о@о«о°о°о°о®о Го°о®о°о<Эо@о°о°

о о о о о о о

ключали в процессе сканирования) Здесь видно, что структура \/7х\/7—А1 в обеих полярностях выглядит по-разному: в заполненных состояниях она представляет собой массив ярких максимумов, а в незаполненных состояниях она представляет гобой массив тримеров. Оба массива имеют гексагональную решетку с периодом Прямые линии на СТМ изображении (риг 1 (в)) показывают, что положения центров максимумов в заполненных состояниях совпадают с положениями центров тримеров в незаполненных состояниях, что противоречит предложенным ранее моделям атомной структуры 8Ц111)\/7х\/7-А1 [1,2].

Положение атомов А1 относительно нижележащего слоя подложки 81(111) определяли по СТМ изображению поверхности с высоким разрешением, содержащей участки с известной структурой

\/Зх\/3 —А1 и исследуемой структурой у/1 х л/7—А1. На основе полученных данных была предложена атомная модель структуры

81(111)ч/7х\/7 —А1 (рис. 1(д)), согласно которой центры тримеров А1 находятся в положении Т\ (т.е. в положении над самым верхним атомом поверхности 81(111)1x1), а сами атомы А1 расположены почти в положении Т4, но с небольшим смещением в направление от центра тримера. На рис. 1 (г) показано, что ячейка \/7х \/7 развернута относительно ячейки 1 х 1 на угол 19,1°. Согласно модели на одну ячейку

\Z7xV7 —А1 приходится 3 атома А1, это соответствует покрытию А1 ~0,43 МС. Покрытие равно 2 МС. Для определения оптимальных координат атомов в предложенной модели проводили вычисления полной энергии из первых принципов, применяя пакет программ РН196МБ [3]. Поданным компьютерного моделирования межатомное расстояние А1-А1 в тримере составляет 4,08 А, расстояние между атомами А1 и верхним атомом Э1 в центре тримера равно 2,72 А, длина связи А1 составляет 2,54 А.

Самой плотной структурой в субмонослойных системе А1/81(111) является 7-фаза А1/81(111). На рис. 2 представлены характерные СТМ изображения данной поверхностной фазы в различном масштабе. На СТМ изображении среднего масштаба (рис. 2(а)) видно, что 7—фаза представляет собой двухуровневую поверхность: терраса-вакансионные островки (уровень последних ниже уровня террасы на один двойной атомный слой 81(111), 3,14 А). В процессе формирования 7—фазы участвует меньше атомов Э1, чем содержится в исходной поверхности 81(111)7x7, поэтому лишние атомы вытесняются и образуют второй уровень, причем поверхность обоих уровней покрыта 7—фазой. По СТМ изображениям большого масштаба определили долю площади верхнего уровня 5 и по формуле 05, = 2,08 — 25 вычислили покрытие 81, равное ~1 МС.

На СТМ изображении среднего масштаба (рис. 2 (а)) видно, что поверхность 7-фазы состоит из ячеек треугольной формы (треугольные ячейки

Рис. 2. СТМ изображения незаполненных состояний 7—фазы А1/81(111): (а)-в среднем (1000 x 740 А2) и (б)-в атомном (160x115 А2) масштабе.

различаются по форме и размеру). На поверхности нет четкого дальнего порядка - поверхность квазипериодическая. На СТМ изображении незаполненных состояний 7-фазы с атомарным разрешением (рис. 2 (б)) внутри треугольных ячеек наблюдается упорядоченный гексагональный массив, образованный светлыми максимумами. В данном случае каждому светлому максимуму соответствует атом А1, который заместил атом 81 в объе-моподобном верхнем атомном слое 81(111)1x1. Границы треугольных ячеек дефектные, из-за чего сложно определить размер ячейки. Средний период 7—фазы определяли из Фурье преобразования СТМ изображений. В качестве реперной точки для Фурье-изображения исследуемой структуры может служить Фурье-изображение от известной структуры, например, от 81(111)7x7. Из количественного анализа Фурье-изображений 7-фазы в сравнении с Фурье-изображением 81(111)7x7 было определено, что среднее расстояние между ближайшими максимумами на Фурье-изображении 7—фазы а* « 0,1087а|х1 « следовательно, средний размер ячейки в 7—фазе

равен а7 ~ 9,2а^', где а®1 = 3,84 А - постоянная решетки 1x1. Аналогично определили период атомов А1 внутри треугольных ячеек (внутренний период), который равен ам- 1x1 ~ 1,09 Причиной увеличения периода структуры при плотной гексагональной упаковке атомов А1 является то, что атомный радиус А1 (1,43 А) больше атомного радиуса Б1 (1,18А). Если бы постоянные решетки объемного 81 и двойного атомного слоя А1-81 были бы одинаковые, поверхность могла бы полностью заполнится гексагонально упакованными атомами А1 (подобно атомам Б1 в структуре 81(111)1x1). Однако из-за несоразмерности периодов структура сбивается, и образуются доменные границы, которые разбивают упорядоченную структуру на треугольные ячейки - домены. В результате 7—фаза представляет собой квазипериодическую структуру со множеством доменных границ, которые позволяют компенсировать несоразмерность структуры объемного Э1 и смешанного слоя А1 Эь

Детальный анализ многочисленных СТМ изображений 7—фазы с атомным

(11.2/1 гп0

о .®о°0

Рис. 3. СТМ изображения (а, г) - двух видов "легкой" доменной границы и (ж) - "тяжелой" доменной границы 7—фазы. Доменные границы обозначены стрелками, (б, д, з) -Расположение атомов А1 в домене и в доменной границе (атомы А1 на краю доменов обозначены серыми кружочками). (в,е) - Модели несоразмерной структуры 7—фазы с легкими доменными границами двух видов (вид сбоку).

разрешением показал наличие двух модификаций этой фазы ("легкой" и "тяжелой" 7—фазы), которые отличаются составом и структурой доменных границ. "Легкими" доменными границами называются области между треугольными доменами, имеющие локальную концентрацию атомов адсорбата меньше, чем внутри домена, а "тяжелые" доменные границы имеют, соответственно, более высокую концентрацию адсорбата. Для "легкой" 7—фазы характерно "стехиометрическое" покрытие А1 равное ~0,7МС. "Тяжелая" 7—фаза получается в результате дополнительного насыщения "легкой" 7—фазы атомами А1. С увеличением покрытия А1 растет доля "тяжелых" границ, которая становится существенной при покрытии А1 более 1МС, хотя полного перехода всех "легких" доменных границ в "тяжелые" не происходит. Покрытие А1 определили по СТМ изображениям с атомарным разрешением прямым подсчетом светлых максимумов (которые соответствуют атомам А1). Для "легкой" 7—фазы покрытие А1 равно 0,64±0,05 МС и для "тяжелой" -0,76±0,04 МС. Расчет покрытия для двухуровневой поверхности показал, что для "легкой" 7—фазы покрытие равно 1,01±0,03 МС, а для "тяжелой" 0,84±0,05 МС. В результате анализа Фурье-изображений нашли средний размер треугольных доменов "легкой" 7—фазы (9,2 а£г) и "тяжелой" (9,8 а£', где = 3,84 А - постоянная решетки 81(111)1x1). Для обеих типов доменных границ были предложены атомные модели (рис. 3). "Легкой" границе соответствуют две модели: зигзагообразная цепочка из атомов 81 (рис. Зв) и

^ Рис. 4. (а)-СТМ изображение (228x233А2) заполненных состояний поверхности

Si(lll)7x7-Al СТМ изображение массива нанокластсров Al/Si(lll), записанное с переключением полярности иглы СТМ: (б) - заполненные (+2,0 В) и (в) - незаполненные со-V стояния (—2,0 В). (г) - Структурная модель магических кластеров металлов III группы на

Si(lll), предложенные в работах [4 6] (д) - Заполнение атомами AI адсорбционных мест в половинке ячейки 7x7.

димеры атомов Si, благодаря которым атомы AI по разные стороны от границы расположены друг напротив друга (рис. Зе).

Четвертая глава "Исследование процессов формирования упорядоченных массивов магические нанокластеров Al/Si(lll) и In/Si(100)"

посвящена изучению процессов формирования самоупорядоченных массивов магических нанокластеров (т.е. нанокластеров идентичного размера и формы) в субмонослойных системах Al/Si(lll) и In/Si(100).

Упорядоченный массив магических нанокластеров Si(lll)7x7—AI представлен на рис. 4(a), где видно что каждая половинка элементарной ячейки 7x7 содержит кластер треугольной формы. Для данной системы поверхность Si(lll)7x7 выступает в качестве шаблона для самоорганизованного формирования упорядоченного массива нанокластеров, при этом периодичность подложки сохраняется. Упорядоченный массив формируется при адсорбции ~0,35МС AI на поверхности Si(lll)7x7 при температуре 575°С. Кластеры Al/Si(lll) на СТМ изображениях заполненных и незаполненных состояний с выглядят по-разному (рис. 4(6, в)). На СТМ изображении незаполненных состояний(рис. 4(6)) нанокластер выглядит как группа из трех максимумов, а на СТМ изображении заполненных состояний - как группа из шести светлых максимумов. СТМ наблюдения показывают, что нанокластеры AI имеют такую же атомную структуру, что и нанокластеры других металлов III группы, т.е. In/Si(l 11) и Ga/Si(lll): каждый кластер состоит из шести атомов металла, связанных с тремя атомами кремния. Атомная модель нанокластеров элементов III группы на Si(lll) представлена на рис. 4(г). Она впервые была предложена Лаем (Lai) для нанокластеров Ga/Si(lll) [4-6].

СТМ наблюдения с атомарным разрешением поверхностей с покрытиями от 0 до 0,36 MC показали, что при адсорбции AI на Si(111)7x7 действуют три

* я- гс я* & * т- ф #*»#»»!»

■I * 0 0 » Л 0 Г :

»«■»»Чк»«»

* * # # V <Г »

кластер _-яркий* кластер

напряжение на образце, В

напряжение на образца, В

Рис. 5. СТМ изображения (170х170А2) заполненных состояний поверхностей $¡(100)4x3—1п, полученных (а) адсорбцией ~0,5МС 1п при Т=500°С и (б) - последующей адсорбцией ~0,05МС 1п при 450°С, в результате которой некоторые кластеры стали выглядеть ярче.(в) - Модель кластера 8171пв [7]. (г) - Модель кластера 81б1п8, предложенная на основе данных СТМ анализа (в центре 2 атома заменяются на 2 атома 1п). СТС данные, записанные в центре исходного и "яркого" кластеров: зависимости 1(У) и зависимости (¿1 / вУ) / (I/V) от V.

конкурирующих процесса (график на рис. 4(д)): замещение краевых адато-мов на атомы А1, замещение угловых адатомов на атомы А1 и кластеро-образование. Замещение угловых адатомов происходит на протяжении всего процесса формирования массива (0-г0,36 МС), замещение краевых адатомов преобладает при малых покрытиях (до 0,2 МС), а при увеличении покрытия А1 (0, Обч-0,36 МС) замещенные краевые атомы вовлекаются в процесс к ластерообразования.

На поверхности 81(100) металлы III группы также формируют магические нанокластеры. В данной работе исследовались нанокластеры 1пб81у на 81(100), которые формируются при температуре 500°С начиная с очень малых покрытой 1п. При адсорбции 0,5 МС 1п формируется упорядоченный массив нанокластеров 1пб817 с периодическая структура 81(100)4x3—1п (рис. 5(а)). Было обнаружено, что при дополнительной адсорбции 1п до 35% магических кластеров 3171пе могут модифицироваться в кластеры Э151п8 за счет замещения двух центральных атомов на 2 атома 1п (рис. 5(6)). Атомные модели исходного и модифицированного кластеров представлены на рис. 5(в,г). В результате модификации электронные свойства кластера меняются: в запрещенной зоне появляется дополнительная плотность электронных состояний, что видно на зависимости ((II/(IV)/(I/V) от V, полученной из спектров СТС и показанной на рис. 5.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В формировании поверхностной структуры участвуют не только атомы адсорбата, но и атомы подложки. Реконструкция поверхностной фазы с плотностью атомов в верхнем атомном слое, отличным от плотности

в исходной поверхности, приводит к изменению морфологии поверхности - к образованию островков или вакансионных островков на террасе По площади островков можно определить покрытие в исследуемой поверхностной структуре.

2. Ошибка в определении покрытия атомов по балансу до и после реконструкции зависит от дефектности исходной и реконструированной поверхности, от плотности, размеров и формы островков, по площади которых определяется покрытие 81. Чтобы ошибка была минимальной, для количественного СТМ анализа выбираются участки поверхности посередине широкой террасы (чтобы исключить влияние ступеней), с равномерным распределением островков, максимально крупных по размеру, но с минимально возможным периметром.

3. При адсорбции более 0,7 МС А1 на 81(111) при температуре 675°С формируется 7—фаза А1/81(111), в которой атомы А1 замещают атомы Э1 в верхнем атомном монослое подложки 81(111), образуя гексагональную решетку с периодом 1,1x1,1. В результате несовпадения периодов поверхностной структуры и объемного упорядоченная структура разбивается на домены почти треугольной формы, и на поверхности образуется квазипериодическая сетка доменных границ. На основе СТМ изображений с высоким атомарным разрешением определили, что в зависимости от условий формирования на поверхности образуются два типа 7—фазы, которые отличаются между собой типом доменных границ: "легкими" или "тяжелыми". "Легкая" 7—фаза образуется при адсорбции ~0,7МС А1 и характеризуется покрытием А1 0,64 МС, покрытием Э1 1,01 МС и средним размером доменов 9,2вдг, где ад' - постоянная решетки 81(111)1x1 Домены 7—фазы с "тяжелыми" границами одновременно сосуществуют с доменами с "легкими" границами. Такая поверхность формируется при напылении более 1,3 МС А1. "Тяжелая"7—фаза характеризуется покрытием А1 0,76 МС, покрытием 810,84 МС и средним размером доменов 9,8а$г.

4. При осаждении ~0,15 МС А1 при температуре 700°С на Э1(111) \/Зх \/3-А1 формируется структура \/7х^7-А1. На основе СТМ изображений с атомарным разрешением установлено, что поверхность 81(111)\/7х\/7-А1 представляет собой массив тримеров с центрами в 7\, состоящие из

атомов А1, расположенных на нереконструированной поверхности 81(111) в положениях, близких к Т4. Расстояния между атомами А1 в тримерах равно 4,08 А.

5 На начальных стадиях адсорбции А1 (до 0,36МС) на 81(111)7x7 в температурном диапазоне 475-=-600°С формируется упорядоченная суперрешетка 7x7, образованная кластерами идентичного размера, структуры и состава (магическими кластерами), состоящими из 6 атомов А1 и 3 атомов Э1 каждый. Сохранение периодичности исходной поверхности в процессе формирования упорядоченного массива из кластеров свидетельствует о том, что подложка выступает в качестве шаблона. СТМ наблюдения с атомарным разрешением поверхностей с покрытиями А1 от 0 до 0,36 МС показали, что при адсорбции действуют три конкурирующих процесса: 1) замещение краевых адатомов Э1 на атомы А1, 2) замещение угловых адатомов 81 на атомы А1 и 3) формирование кластеров. Замещение угловых адатомов происходит на протяжении всего процесса формирования массива (0-г0,36МС А1), замещение краевых адатомов наблюдается при малых покрытиях А1 (до 0,2 МС), а при увеличении покрытия А1 (0,06-^0,36 МС) замещенные краевые атомы Э1 вовлекаются в процесс кластерообразования.

6. На поверхности 81(100) атомы 1п вместе с атомами Б1 формируют магические кластеры Зг71пв, которые при покрытиях 1п, ~0,5 МС, образуют суперрешетку 81(100)4хЗ-1п. До 35% магических кластеров 8171пб могут модифицироваться в 8151п8, в результате чего электронные свойства кластеров меняются: в запрещенной зоне появляется дополнительная плотность электронных состояний.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, I.V. Pisarenko and V.G. Lifshits, "Formation of the ordered array of AI magic clusters on Si(lll)7x7", Phys. Rev. В 66 (2002) 165401.

2. A.A Saranin, V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, V.G. Lifshits, "Structure of domain walls in Al/Si(lll) 7—phase", Surf. Sei., 517 (2002) 151-156.

3. V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin, T.V Kasyanova (TV Utas), M.A. Cherevik, I.V. Pisarenko, and V.G. Lifshits, "Magic clusters of group III metals on Si surfaces". Proceedings of the Fifth Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces. Institute of Automation and Control Processes. 2002. Vladivostok, Russia. P. 9-12.

4. A.A. Saranin, V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, I.V. Pisarenko, and V.G. Lifshits, "Structure of domain walls in Al/Si(lll) 7—phase". Proceedings of the Fifth Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces. Institute of Automation and Control Processes. -2002. Vladivostok, Russia. P. 118-126.

5. V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, I.V. Pisarenko, B.K. Churusov, and V.G. Lifshits, "STM study of magic clusters of group III metals on Si(lll) and Si(100)", Phys of Low Dim. Struct., 3/4 (2003), 97-104.

6. V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin, E.N. Chukurov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, I.V. Pisarenko, H. Okado, M. Katayama, K. Oura and V.G. Lifshits, "Doping of magic nanoclusters in the submonolayer In/Si(100) system", Phys. Rev. Lett., V.91, N. 2 (2003).

7. V.G. Kotlyar, A.A. Saranin, A.V. Zotov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), 'Thallium overlayers on Si(lll) studied by scanning tunnelling microscopy", Surf. Sei., 543 (2003) L663-L667

8. V.G. Kotlyar, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), E.N. Chukurov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, "Atomic structure of the Si(lll)\/7x\/7—Al phase studied using STM and total-energy calculations", Surf. Sei., 545 (2003) L779 L783.

9. V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, O.V. Bekhtereva, M. Katayama, K. Oura, V.G. Lifshits "Magic nanoclusters og group III metals on Si(100) surface", e-J.Surf Sei. Nanotech., V. 1, (2003), 33-40.

10. V.G. Kotlyar, A.A. Saranin, A.V. Zotov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), E.N. Chukurov, I.V. Pisarenko, V.G. Lifshits "Atomic structure of the Al/Si(lll)

phases studied using STM and total-energy calculations", e-J.Surf.Sci. Nanotech., V.3, (2005), 60-67.

11. В.Г. Котляр, A.A. Саранин, A.B. Зотов, В.Г. Лифшиц, И.А. Куянов, Е.И. Чукуров, Т.В. Касьянова (Т.В. Утас) "Низкоразмерные структуры металлов на поверхности кремния", Вестник ДВО РАН, 2005 г., №1, с. 103-115.

Список литературы

[1] Hansson G.V., Bachrach R.Z., Bauer R.S., Chiaradia P. New models for metal induccd reconstructions on Si(lll). // Phys. Rev. Lett. - 1981. -V. 46, N. 15. - P. 1033-1037.

[2] Harriers R.J. Effects of coverage on the geometry and electronic structure of A1 overlayers on Si(lll). // Phys. Rev. В - 1989. - V. 40, N. 3. -P. 1657-1671.

[3| Beckstedte M., Kley A., Neugebauer J., Scheffler M. Density-functional theory calculations for poly-atomic systems: electronic structure, static and elastic properties and ab initio molecular dynamics. // Сотр. Phys. Cominun. - 1997. - V. 107. - P. 187-222.

[4] LaiM.Y., Wang Y.L. Direct observation of two dimensional magic clusters. // Phys. Rev. Lett. 1998. - V. 81, N. 1. - P. 164-167.

[5] Lai M. Y. and Wang Y.L. Self-organized two-dimensional lattice of magic clusters. // Phys. Rev. В - 2001. - V. 64. - P. 241404-4.

[6] 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., and Zhang S.B. Spontaneous assembly of perfectly ordered identical-size nanocluster arrays // Phys. Rev. Lett. - 2002. -V. 88, N. 6, - P. 066101-4.

[7| Bunk O., Falkenberg G., Seehofer L., Zeysing J.H., Johnson R.L., Nielsen M., Feidenhans'l R., and Landemark E. Structure determination of the indium induced Si(001) (4x3) reconstruction by surface X-ray diffraction and scanning tunneling microscopy. // Appl. Surf. Sci. - 1998. - V. 123-124, N. 1-2. P. 104-110.

Утас Татьяна Валерьевна

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ФАЗ С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ ТУННЕЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ

Автореферат

Подписано к печати 24.01.2006 г. Усл.п.л. 1,0 Уч. - изд.л. 0,8 Формат 60x84/16. Тираж ЮОэкз. Заказ №3

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

А FM

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Утас, Татьяна Валерьевна

Введение

1 Количественный анализ атомной структуры поверхностных фаз на кремнии с помощью сканирующей туннельной микроскопии (литературный обзор).

1.1 Основные представления о поверхностных структурах.

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

1.2.1 Атомная структура поверхности Si(100)2xl.

1.2.2 Атомная структура поверхности Si(lll)7x7.

1.3 Роль атомов адсорбата и кремния в формировании упорядоченных поверхностных структур "адсорбат-кремний".

1.3.1 Взаимодействие атомов адсорбата и иодложки.

1.3.2 Способы определения покрытия адсорбата в поверхностной фазе.

1.3.3 Плотность атомов кремния в верхнем слое поверхности.

1.3.4 Уравнение баланса кремния до и после реконструкции поверхности

1.4 Магические нанокластеры на поверхностях Si(lll) и Si(100). . 54 Выводы по главе.

2 Экспериментальная установка и методы исследования 62 2.1 Методы исследования.

2.1.1 Сканирующая туннельная микроскопия.

2.1.2 Сканирующая туннельная спектроскопия

2.1.3 Дифракция медленных электронов.

2.2 Оборудование.

2.3 Экспериментальные методики.

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

2.3.2 Калибровка температуры образца.

2.3.3 Калибровка скорости напыления адсорбата.

2.3.4 Методика определения плотности атомов Si верхнего слоя в поверхностных структурах адсорбат-кремний.

2.3.5 Точность метода определения плотности атомов кремиия в поверхностных фазах.

Выводы по главе.

Атомная структура поверхностных фаз А1 на поверхности Si(lll)

3.1 Атомная структура 7-фазы и ее доменных границ в субмонослойной системе Al/Si(lll).

3.1.1 СТМ изображеиия 7-фазы А1 на Si(lll).

3.1.2 Периодичность и квазииериодичность 7—фазы.

3.1.3 Доменные границы 7—фазы и их атомные структуры и состав.

3.2 Атомная структура поверхностной фазы Si(lll)V7xV7—Al

3.2.1 Условия получения поверхностной фазы Si(lll)\/7x\/7—Al.

3.2.2 Анализ СТМ изображений поверхности Si(lll)\/7x\/7-Al.

3.2.3 Атомная модель структуры Si(lll)\/7x\/7 - R19,1°-А1.

Выводы по главе.

Исследование процессов формирования упорядоченных массивов магических нанокластеров Al/Si(lll) и In/Si(100)

4.1 Магические нанокластеры Si(ll 1)7x7—А1.

4.1.1 Условия формирования упорядоченного массива магических нанокластеров Al-Si на Si(l 11)7x7.

4.1.2 Анализ СТМ изображений массива магических кластеров Al-Si.

4.1.3 Механизм формирования совершенного массива магических кластеров.

4.1.4 Островки магического размера со структурой у/Зху/З—А1, встроенные в поверхность Si(lll)\/7х \/7—А1.

4.2 Исследование легированных магических кластеров

Si(100)4x3—In.

4.2.1 Состав и атомная структура магического нанокластера Si7liie

4.2.2 Формирование суперрешетки из магических нанокластеров In—Si

4.2.3 Модификация части нанокластеров In—Si с сохранением периодичности массива.

4.2.4 Определения состава модифицированного кластера In—Si.

4.2.5 Атомное строение модифицированного кластера Sisliig.

4.2.6 Модификация - легирование нанокластера.

Выводы по главе.

Введение диссертация по физике, на тему "Количественный анализ атомной структуры поверхностных фаз с помощью сканирующей туннельной микроскопии"

Актуальность работы. Прогресс в области микроэлектроники тесным образом связан с уменьшением размеров полупроводниковых устройств. В соответствии с известным законом Мура, "количество транзисторов, которое может быть помещено на поверхности микросхемы, удваивается примерно каждые 2 года" [1]. Этот закон, впервые высказанный в 1965 году, по-прежнему актуален. Размеры устройств, входящие в состав интегральных схем, неуклонно уменьшаются. На рисунке 1 представлены графики, отображающие уменьшение размеров элементов и, соответственно, увеличение их плотности в интегральных схемах за последние 45 лет. График, представленный на рисунке 1(a), был опубликован в оригинальной работе Мура [1]. Он отображает непрерывный процесс увеличения стенеии интеграции микросхем за иериод с 1959 но 1965 год с экстраполяцией полученной зависимости в последующие годы. По вертикальной оси отложен логарифм (log2 N) от числа элементов N в одной интегральной схеме, а по горизонтальной - годы. На правом графике (рис. 1(6)) представлены данные Samsung Advanced Institute of Technology, иллюстрирующие непрерывное уменьшение размеров элементов памяти в опытном и массовом производствах. Согласно этому графику прогнозировалось, что к 2005 году в лабораторных условиях будут исследоваться объекты до 70 нм, а в массовом производстве изготавливаться приборы с элементами до 100 им. В свете таких прогнозов исследования поверхностных структур с размерами от нескольких нанометров и меньше естественно являются передовыми и очень важными для развития наноэлектропики и физики поверхности.

Представленные данные свидетельствуют о том, что электроника в последнее время выходит на новый уровень, переходит от микро- к наноэлектронике. Такой переход годы

180 s 150

1130 со со 1 00 0 н

1 70 I 50 то

30 10 стадия внедрения

О опытное производство 9 массовое производство годы

1995 2000

Рис. 1. (а) - Увеличение числа элементов (N) в интегральной схеме с 1959 и до 1965 года [1]. (б) Минимизация размеров элементов в микросхемах по данным 2003 года, представленным Samsung Advanced Institute of Technology. невозможен без создания базы знаний о новых материалах наноструктурах, которые могут обладать новыми свойствами и функциональными возможностями. Наноматери-алы представляют собой искусственно или естественно упорядоченную или неупорядоченную систему базовых элементов с размерами нанометрового масштаба и особым проявлением физического и (или) химического взаимодействий при кооперации нано-размерных элементов, обеспечивающих возникновение у материалов ранее неизвестных механических, электрофизических, оптических и других свойств, определяемых появлением наномасштабных факторов [2]. Впервые в 1985 году изобретатели SET (од-ноэлектронного туннельного транзистора) Аверин и Лихачев (МГУ) высказали идею о использовании квантовых точек для создания транзисторов. И уже через два года в лабораториях Bell Laboratories Фалтон и Долан создали первый прототип такого устройства [3,4].

В настоящей работе объектом исследования выбраны поверхностные фазы алюминия и индия на поверхности кремния. Данные адсорбаты являются металлами III группы, которые интенсивно используют для создания полупроводниковых приборов на основе кремния. В связи с этим поверхность кремния является подходящим материалом для создания полупроводниковых приборов нанометрового масштаба. Поверхность как двумерный объект обладает свойствами, отличными от свойств объемного матери-аила. Создание двумерных, одномерных и ноль-мерных объектов и изучение свойств этих материалов является необходимым этапом на пути к разработке новых полупроводниковых приборов с уникальными свойствами.

Среди процессов, происходящих на поверхности, особое место занимает самоупо-рядочеиие атомов в периодические структуры: двумерные поверхностные фазы, одномерные квантовые проволоки и ноль-мерные объекты. Последние представляют собой кластеры, состоящие из нескольких атомов адсорбата и подложки. Найти такие экспериментальные условия, при которых системе адсорбат-подложка будет выгодно сформировать структуру с необходимыми строением и свойствами, - одна из самых важных задач, потому что использование способности системы самоорганизовываться в упорядоченные наноструктуры приведет к удешевлению технологии создания элементов нанометрового размера.

Актуальность диссертации заключается в необходимости изучения систем с пониженной размерностью и поиска новых материалов, которые впоследствии будут использоваться в разработке приборов с нанометровыми размерами. В качестве основного метода исследования поверхности в данной работе выбрана сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), представляющая собой уникальный метод исследования поверхности. В СТМ изображениях с атомарным разрешением содержится информация о распределении электронной плотности в локальной области поверхности, которое в свою очередь отражает расположение атомов в верхнем слое поверхности. Уникальность СТМ обуславливается его пространственным разрешением порядка 1А в плоскости поверхности и разрешением по вертикали порядка 0,1 А. Количественный анализ СТМ изображений заполненных и незаполненных состояний поверхности позволяет получить информацию о структуре поверхности, которую не дают другие (интегральные) методы исследования поверхности.

Целью диссертационной работы является исследование атомного строения поверхностных фаз Al/Si(lll) и упорядоченных массивов магических нанокластеров в системах Al/Si(lll) и In/Si(100) на основе количественного анализа СТМ данных.

Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:

3. Изучить состав и атомную структуру 7—фазы Al/Si(lll) и ее доменных границ с помощью количественного анализа данных СТМ.

4. Определить состав и атомную структуру поверхности Si(lll)\/7x\/7-Al на основе СТМ изображений с атомарным разрешением.

5. Проверить возможность образования магических нанокластеров А1 на поверхности Si(lll). Определить атомное строение и состав кластеров Si(lll)7x7—А1. Исследовать процессы замещения и кластерообразования при начальной адсорбции А1 на поверхность Si(lll)7x7.

6. Найти оптимальные условия формирования бездефектного массива Si(100)4x3—In магических нанокластеров In6Si7 и установить возможность их модификации. Проверить атомную модель кластера In6Si7 и определить состав и атомную структуру модифицированного кластера.

2. Получена количественная информация о составе и структуре 7—фазы Al/Si(lll), предложена модель ее атомной структуры.

3. Определены положения атомов А1 в поверхностной фазе Si(lll)\/7x л/7-А1 и предложена ее атомная модель.

4. Исследован механизм образования упорядоченного массива магических нанокла-стеров Al-Si на поверхности Si(lll)7x7—А1. Показано, что структурная модель, предложенная для нанокластеров металлов III группы In и Ga, справедлива и для панокластеров А1.

5. Определен состав магических нанокластеров In—Si на Si(100) и подтверждена ранее предложенная атомная модель кластера IneSiy. Обнаружена возможность легирования иаиокластера IneSiy.

Ряд исследованных в данной работе поверхностей 7—фазы Al/Si(lll), Si(lll)\/7x л/7-А1 и Si(lll)7x7—А1 в добавление к хорошо изученной ранее Si(lll)\/3x\/3—А1 представляют собой законченный ряд поверхностных фаз в системе Al/Si(lll), которые формируются в субмонослойном диапазоне покрытий при высокой температуре.

В работе определены такие экспериментальные условия, при которых формируются гомогенные хорошо упорядоченные структуры и массивы магических панокластеров, занимающие всю поверхность. Определены диапазоны температуры и покрытий адсорбата, при которых формируются магические напокластеры, показано, что нанокла-стеры представляют собой достаточно устойчивые объекты. Данный результат может быть полезным в будущем при разработке технологий изготовления полупроводниковых приборов на основе поверхностных фаз и наноструктур.

Продемонстрированная в работе возможность легирования нанокластера In/Si (100) представляет большую практическую ценность, поскольку показано, что нанообъект в результате легирования радикально меняет электрические свойства.

Основные защищаемые положения

2. Структура 7—фазы А1 на поверхности Si(lll) представляет собой квазинериоди-ческий массив доменов. Атомы А1 внутри доменов имеют гексагональную упаковку с периодом 1,1ох1,1о (где о=3,84А- постоянная решетки Si(lll)lxl). Плотность атомов Si в верхнем атомном слое 7—фазы Al/Si(lll) составляет 0,84 и 1,01 МС, а покрытие А1 равно 0,76 и 0,64 МС в зависимости от преобладающего типа доменных границ, при этом средний размер квазинериодических доменов равен 9,2а и 9,8а, соответственно.

3. Атомная структура поверхностной фазы Si(lll)\/7x\/7—А1 представляет собой гексагональный массив тримеров А1 на объемоподобной поверхности Si(lll)lxl. Центры тримеров находятся в положениях Т\, а атомы А1 в тримере занимают положения, близкие к Т4.

4. Атомы А1 на поверхности Si(l 11)7x7 проявляют способность к формированию упорядоченного массива магических нанокластеров. В состав каждого нанокластера входит 3 атома Si и б атомов А1. Атомное строение нанокластера Al-Si описывается структурной моделью, предложенной ранее для нанокластеров In—Si и Ga-Si.

5. Поверхностная структура Si(100)4x3—In представляет собой упорядоченный массив магических нанокластеров In—Si. Каждый наиокластер содержит б атомов In и 7 атомов Si. Дополнительная адсорбция In приводит к модификации до 35% на-иокластеров. Модификация заключается в замещении двух центральных атомов Si в кластере па атомы In.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались на международных, российских и региональных конференциях, в том числе: на Второй Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, 26сентября 1998 г.; Научной конференции студентов и аспирантов ДВГУ, Владивосток, 2001 г.; Третьей международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Владивосток, ВГУЭС, 3-13 апреля 2001 г.; Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, ДВГУ, 5-6 декабря 2002г.; Международном Симпозиуме "Принципы и процессы создания неорганических материалов", г.Хабаровск, 3-6 ноября

2002 г.; Четвёртой региональной научной конференции "Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование", ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, 2-4 октября

2003 г.; Пятой всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наиоэлектронике, СПбГПУ, Санкт-Петербург, 1-5 декабря 2003 г.; Седьмой региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, 9-10 декабря 2003 г.; Samsung Young Scientist Day, Novosibirsk, April 26-27, 2004.; The Fifth Russian-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces, September 1520, 2002.; Международной конференции "Scanning Probe Microscopy-2003", 2-5 марта, Нижний-Новгород, ИФМ PAH.; The 7th International conference on Atomically Controlled surfaces, interfaces and nanostructures, Nara, Japan, November 16-20, 2003; The sixth Japan-Russian Seminar on Semiconductor Surfaces, October 10-17, 2004; Шестой всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наиоэлектронике, политехнический университет, Санкт-Петербург, 6-10 декабря 2004 г.; IX Конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, 18-21 мая 2005 г., Владивосток, ИАПУ ДВО РАН.

Публикации и личный вклад автора

По теме диссертации опубликовано 11 статей в рецензируемых научных журналах.

1. V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, А.А. Saranin, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, I.V. Pisarenko and V.G. Lifshits, "Formation of the ordered array of A1 magic clusters on Si(lll)7x7", Phys. Rev. В 66, 165401 (2002).

2. А.А. Saranin, V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, V.G. Lifshits, "Structure of domain walls in Al/Si(lll)7-phase", Surf. Sci., 517 (2002) 151-156.

3. V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, I.V. Pisarenko, and V.G. Lifshits, "Magic clusters of group III metals on Si surfaces", Proceedings of the Fifth Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces. Institute of Automation and Control Processes. Sept.15-20.-2002. Vladivostok, Russia. P.9-12.

4. A.A. Saranin, V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, I.V. Pisarenko, and V.G. Lifshits, "Structure of domain walls in Al/Si(lll)'y—phase", Proceedings of the Fifth Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces. Institute of Automation and Control Processes. Sept. 15-20.-2002. Vladivostok, Russia. P.118-126.

6. V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin, E.N. Chukurov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), M.A. Cherevik, I.V. Pisarenko, H. Okado, M. Katayaina, K. Oura and V.G. Lifshits, "Doping of magic nanoclusters in the subinonolayer In/Si(100) system", Phys. Rev. Lett., V.91, N.2 (2003).

7. V.G. Kotlyar, A.A. Saranin, A.V. Zotov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), "Thallium overlayers on Si(lll) studied by scanning tunnelling microscopy", Surf. Sci., 543, (2003) L663-L667

8. V.G. Kotlyar, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), E.N. Chukurov, A.V. Zotov, A.A. Saranin, "Atomic structure of the Si(lll)\/7x\/7—A1 phase studied using STM and total-energy calculations", Surf. Sci., 545, (2003), L779-L783.

9. V.G. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin, T.V. Kasyanova (T.V. Utas),M.A. Cherevik,

0.V. Behktereva, M. Katayama, K. Oura, and V.G. Lifshits, "Magic nanoclusters of group III metals on Si(100) surface", e-J.Surf.Sci. Nanotech., Vol.1, (2003), 33-40. Доступпо из URL: http://www.sssj.org/ejssnt/

10. V.G. Kotlyar, A.A. Saranin, A.V. Zotov, T.V. Kasyanova (T.V. Utas), E.N. Chukurov,

1.V. Pisarenko, V.G. Lifshits "Atomic structure of the Al/Si(lll) phases studied using STM and total-energy calculations", e-J.Surf.Sci. Nanotech., Vol.3, (2005), 60-67. Доступно из URL: http://www.sssj.org/ejssnt/

11. В.Г. Котляр, A.A. Саранин, А.В. Зотов, В.Г. Лифшиц, И.А. Куянов, Е.И. Чукуров, Т.В. Касьянова (Т.В. Утас) "Низкоразмерные структуры металлов на поверхности кремния", Вестник ДВО РАН, 2005г., №1, стр.103-115.

Личный вклад автора заключается в активном участии в проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных и интерпретации полученных результатов. Вошедшие в диссертацию результаты отражают итоги исследований, проведенных автором в ИАПУ ДВО РАН совместно с группой сотрудников. Часть СТМ изображений с атомарным разрешением получена лично автором. Разработаны методики получения количественной информации из СТМ изображений, а также освоена технология изготовления игл для СТМ.

Участие соавторов публикаций заключалось в следующем: д.ф.-м.н. Зотов А.В. является научным руководителем диссертанта. Д.ф.-м.н., профессор Саранин А.А., д.ф.-м.н. Зотов А.В., д.ф.-м.н. Котляр В.Г. и члеп-корр. РАН, профессор Лифшиц В.Г. участвовали в обсуждении результатов. Теоретические расчеты для атомных структур Si(lll)\/7x\/7—А1 и Si(100)4x3—In были выполнены д.ф.-м.н. Заводинским В.Г. и Чукуровым Е.Н. В работе также участвовали к.ф.-м.н. Писарепко И.В., Черевик М.А. Техническое обеспечение СВВ установки производилось к.ф.-м.н. Чурусовым Б.К., гл. инж. констр. Каменевым А.Н. и м.н.с. Утасом О.А. Часть Часть программного обеспечения, необходимая для обработки экспериментальных результатов, была написана м.н.с. Утасом О.А.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 166 страниц, включая 81 рисунок и список литературы из 105 наименований.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Общие выводы

1. В формировании поверхностной структуры участвуют не только атомы адсорбата, но и атомы иодложки. Реконструкция поверхностной фазы с плотностью атомов Si в верхнем атомном слое, отличным от плотности Si в исходной поверхности, приводит к изменению морфологии поверхности - к образованию островков или вакансионных островков на террасе. По площади островков можно определить покрытие Si в исследуемой поверхностной структуре.

2. Ошибка в определении покрытия атомов Si по балансу Si до и после реконструкции зависит от дефектности исходной и реконструированной поверхности, от плотности, размеров и формы островков, по площади которых определяется покрытие Si. Чтобы ошибка была минимальной, для количественного СТМ анализа выбираются участки поверхности посередине широкой террасы (чтобы исключить влияние ступеней), с равномерным распределением островков, максимально крупных по размеру, но с минимально возможным периметром.

3. При адсорбции более 0,7МС А1 на Si(lll) при температуре 675°С формируется 7—фаза Al/Si(lll), в которой атомы А1 замещают атомы Si в верхнем атомном монослое подложки Si(lll), образуя гексагональную решетку с периодом 1, lxl, 1. В результате несовпадения периодов поверхностной структуры и объемного Si упорядоченная структура разбивается на домены почти треугольной формы, и на поверхности образуется квазипериодическая сетка доменных границ. На основе СТМ изображений с высоким атомарным разрешением определили, что в зависимости от условий формирования на поверхности образуются два тина 7—фазы, которые отличаются между собой типом доменных границ: "легкими" или "тяжелыми". "Легкая" 7—фаза образуется при адсорбции ~0,7МС А1 и характеризуется покрытием А1 0,64 МС, покрытием Si 1,01 МС и средним размером доменов 9,2dol, где af1 - постоянная решетки Si(lll)lxl. Домены 7—фазы с "тяжелыми" границами одновременно сосуществуют с доменами с "легкими" границами. Такая поверхность формируется при напылении более 1,3 МС А1. "Тяжелая"7—фаза характеризуется покрытием А1 0,76 МС, покрытием Si 0,84 МС и средним размером доменов 9, 8oq1.

4. При осаждении ~0,15 МС А1 при температуре 700°С на Si(lll)\/3x\/3-Al формируется структура у/7 х у/7-Al. На основе СТМ изображений с атомарным разрешением установлено, что поверхность представляет собой массив тримеров с центрами в Т\, состоящие из атомов А1, расположенных па переконструированной поверхности Si(lll) в положениях, близких к Т4. Расстояния между атомами А1 в тримерах равно 4,08 А.

5. На начальных стадиях адсорбции А1 (до 0,36МС) па Si(lll)7x7 в температурном диапазоне 475+600°С формируется упорядоченная суперрешетка 7x7, образованная кластерами идентичного размера, структуры и состава (магическими кластерами), состоящими из 6 атомов А1 и 3 атомов Si каждый. Сохранение периодичности исходной поверхности в процессе формирования упорядоченного массива из кластеров свидетельствует о том, что подложка выступает в качестве шаблона. СТМ наблюдения с атомарным разрешением поверхностей с покрытиями А1 от 0 до 0,36 МС показали, что при адсорбции действуют три конкурирующих процесса: 1) замещение краевых адатомов Si па атомы А1, 2) замещение угловых адатомов Si на атомы А1 и 3) формирование кластеров. Замещение угловых адатомов происходит па протяжении всего процесса формирования массива (04-0,36 МС А1), замещение краевых адатомов наблюдается при малых покрытиях А1 (до 0,2 МС), а при увеличении покрытия А1 (0,06+0,36 МС) замещенные краевые атомы Si вовлекаются в процесс кластерообразовапия.

6. На поверхности Si(100) атомы In вместе с атомами Si формируют магические кластеры Sizing, которые при покрытиях In, ~0,5 МС, образуют суперрешетку Si(100)4x3-In. До 35% магических кластеров Si7In6 могут модифицироваться в Si5ln8, в результате чего электронные свойства кластеров меняются: в запрещенной зоне появляется дополнительная плотность электронных состояний.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Утас, Татьяна Валерьевна, Владивосток

1. Moore G.E. Gramming more components onto integrated circuits. // Electronics. -1965.-V. 38., N. 8.-4 p.

2. Лучинин В.В. Введение в индустрию наносистем. // Напо- и микросистемная техника. 2005. - N. 5. - С. 2-8.

3. Devoret М.Н., Glattli С. Single-electron transistors. // Physics World. 1998. -V. 9.- P. 11-13.

4. Devoret M.H., Esteve D., Urbina C. Single-electron transfer in metallic nanostructures. 11 Nature. 1992. - V. 360. - P. 547-549.

5. 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.

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

7. Lifshits V.G., Saranin A.A., Zotov A.V. Surface phases on silicon. Chichester: Wiley, 1994. -450 p.

8. Dgbrowski J., Miissig H.-J. Silicon surfaces and formation of interfaces. Singapore: World scientific, 2000. - 550p.

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

10. Kotlyar V.G., Zotov A.V., Saranin А.А., Kasyanova T.V., Cherevik M.A., Pisarenko I. V., and Lifshits V.G. Formation of the ordered array of AI magic clusters on Si(lll)7x7. // Phys.Rev.B 2002. - V. 66. - P. 165401-4.

11. Oura К., Lifshits V.G., Saranin A.A., Zotov A.V., Katayama M. Surface Science-An Introduction. Germany: Springer, 2003. - 440 p.

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

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

14. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. Москва: Мир, 1989.- 568 р.

15. Уатсайдс Дою., Эйглер Д., Андерс Р. Нанотехиология в ближайшем десятилетии: прогноз направления исследований пер. с англ. - Москва: Мир, 2002 - 292 р.

16. Avouris P. Manipulation of matter at the atomic and molecular levels. 11 Acc. Chein. Res. 1995. - V. 28. - P. 95-102.

17. Eigler D.M., Schweizer E.K. Positioning single atoms with a scanning tunneling microscope. // Nature. 1990. - V. 344. - P. 524-526.

18. Crommie M.F., Lutz C.P., Eigler D.M. Imaging standing waves in a two-diinensional electron gas. // Nature. 1993. - V. 365. - P. 524-527. //(http://www.almaden.ibm.// com/vis/stm/corral.html#stml6)

19. Buffat Ph., Borel J.-P. Size effect on the melting temperature of Gold particles. // Phys. Rev. A 1976. - V. 13. - P. 2287-2298.

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

21. Alferov Zh.I. Nobel Lecture: The double heterostructure concept and its applications in physics, electronics, and technology. // Rev. Mod. Phys. 2001. - V. 73. - P. 767780.

22. Knight W.D., Clemenger K., Walt A. de Heer, Saunders W.A., Chou M.Y., Cohen M.L. Electronic Shell Structure and Abundances of Sodium Clusters. // Phys. Rev. Lett. 1984. - V. 52. - P. 2141-2143.

23. Brack M. The physics of simple metal clusters: self-consistent jellium model and semiclassical approaches. // Rev. Mod. Phys. 1993. - V. 65. - P. 677-732.

24. Rosenfeld G., Becker A.F., Poelsema В., Verheij L.K., Comsa G. Magic clusters in two dimensions? // Phys. Rev. Lett. 1992. - V. 69. - P. 917-920.

25. Hakkinen H. and Manninen M. How "Magic" is a Magic Metal Cluster? // Phys. Rev. Lett. 1996. - V. 76. - P. 1599-1602.

26. Vitali L., Ramsey M.G., and Netzer F.P. Nanodot formation on the Si(lll)-(7x7) surface by adatorn trapping. 11 Phys. Rev: Lett. 1999. - V. 83. - P. 316-319.

27. Lai M.Y., Wang Y.L. Direct observation of two dimensional magic clusters. 11 Phys. Rev. Lett. 1998. - V. 81, N. 1. - P. 164-167.

28. Lai M.Y. and Wang Y.L. Self-organized two-dimensional lattice of magic clusters. 11 Phys. Rev. В 2001. - V. 64. - P. 241404-4.

29. 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., and Zhang S.B. Spontaneous assembly of perfectly ordered identical-size nanocluster arrays // Phys. Rev. Lett. 2002. - V. 88, N. 6, - P. 066101-4.

30. McEuen P.L. Artificial Atoms: New Boxes for Electrons. // Science, 1997. - V. 278. - P. 1729-1730.

31. Shchukin V.A. and Bimberg D. Spontaneous ordering of nanoclusteres on crystal surface. 11 Rev. Mod. Phys. 1999. - V. 71, N. 4, - P. 1125-1171.

32. Jia J., Wang J.-Zh., Liu X., Xue Q.-K. Artificial nanocluster crystal: Lattice of identical A1 clusters. // Appl. Phys. Lett. 2002. - V. 80, N. 17. - P. 3186-3188.

33. Andersen J.N., Nielsen H.B., Petersen L., Adams D.L. Oscillatory relaxation of the Al(110) surface. 11 J.Phys.C: Solid State Phys. 1984. - V. 17. - P. 173-192.

34. Wang Z.Q., Li Y.S., Jona F., Marcus P.M. Epitaxy growth of body-centered-cubuc nikel on iron. 11 Solid State Comm. 1987. - V. 61. - P. 623-629.

35. Sokolov J., Shih H.D., Bardi U., Jona F., Marcus P.M. Multilayer relaxation of body-centered-cubuc Fe(211). // J. Phys. C: Solid State Phys. 1984. - V. 17. -P. 371-383.

36. Abukawa T., Wei C.M., Yoshimura K., Kono S. Direct method of surface structure determination by patterson analysis of correlated thermal diffuse scattering for Si(001)-(2x1). // Phys. Rev. В 2000. - V. 62, N. 23. - P. 16069-16073.

37. Киттелъ Ч. Введение в физику твердого тела. // перев. Гусева А.А. М: "Наука", 1978. - 792 с.

38. Meade R.D., Vanderbilt D. Adatoms on Si(lll) and Ge(lll) surfaces. 11 Phys. Rev. В- 1989. V. 40, N. 6. P. 3905-3913.

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

40. Robinson I.K., Vlieg E. X-ray reflectivity study of the Si(lll)7x7 surface.//Surf. Sci.- 1992. V. 261. - P. 123-128.

41. Horio Y., Ichimiya A. Kinematical analysis of RHEED intensities from the Si(lll)7x7 structure. // Surf. Sci. 1989. - V. 219, N. 1-2. - P. 128-142.

42. Tong S.Y., Huang H., Wei C.M., Packard W.E., Men F.K., Glander G.S., Webb M.B. Low-energy electron diffraction analysis of the Si(lll)7 x 7 structure. 11 J. Vac. Sci. Technol. A 1988. - V. 6, N. 3, Pt. 1. - P. 615-624.

43. Schlier R.E., Farnsworth H.E. Structure and adsorbtion characteristics of clean surfaces of germanium and silicon. //J. Chem. Phys. 1959. - V. 30. - P. 917926.

44. Yokoyama Т., Takayanagi K. Anomalous flipping motions of buckled dirners on the Si(001) surface at 5K. // Phys. Rev. В 2000. - V. 61. - P. R5078-R5081.

45. Tersoff J., Pehlke E. Sinuous step instability on the Si(100) surface // Phys. Rev. Lett.- 1992. V. 68. - P. 816-819 .

46. Takayanagi K., Tanishiro Y., Takahashi S., Takahashi M. Structure analysis of Si(lll)7x7 reconstructed surface by transmission electron diffraction. // Surf. Sci.- 1985. V. 164. - P. 367-392.

47. Harrison W.A. Surface reconstructure on semiconductor. // Surf. Sci. 1976. -V. 55, N. 1. - P. 1-19.

48. Bennett P.A., Feldman L.C., Kuk Y., McRae E.G., Rowe J.E. Stacking-fault model for the Si(lll)(7x7) surface. // Phys. Rev. В 1983. - V. 28, N. 6. - P. 3656-3659.

49. 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.

50. Tromp R.M., Van Loenen E.J., Iwami M., Saris F.W. On the structure of the laser irradiated Si(lll)(lxl) surface. 11 Sol. State Coininun. 1982. - V. 44, N. 6. -P. 971-974.

51. Binning G., Rohrer H., Gerber Ch., WeibelE. (7x7) reconstructure at Si(lll) resolved in real space. // Phys. Rev. Lett. 1983. - V. 50, N. 2. - P. 120-123.

52. Himpsel F.J. Structural model for Si(lll)(7x7). // Phys. Rev. В 1983. - V. 27, N. 12. - P. 7782-7785.

53. McRae E.G. Surface stacking sequence and (7x7) reconstruction at Si(lll) surface. 11 Phys. Rev. В 1983. - V. 28, N. 4. - P. 2305-2307.

54. Saranin A.A., Zotov A.V., Lifishits V.G., Numata Т., Kubo O., Tani H., Katayama M., Oura K. The role of Si atoms in In/Si(lll) surface phase formation. 11 Surf. Sci. 1998. - V. 398. - P. 60-69.

55. Zotov A. V., Saranin A.A., Kubo O., Harada Т., Katayama M., Oura K. Quantitative STM investigation of the phase formation in submonolayer In/Si(lll) system. 11 Appl. Surf. Sci. 2000. - V. 159-160. - P. 237-242.

56. Shibata A., Kirnura Y., Takayanagi K. On the restructed layer of the Si(lll)\/3x\/3-Ag structure studies by scanning tunneling microscopy. // Surf. Sci. 1992. - V. 275. - P. L697-L701 .

57. McComb D.W., Wolkow R.A., Hackett P.A. Defects on the Ag/Si(lll)-(v/3xv/3) surface. 11 Phys. Rev. В 1994. - V. 50, N. 24. - P. 18268-18274.

58. 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.

59. Tromp R.M., Michely T. Atomic-layer titration of surface reaction. // Nature. -1995. V. 373. - P. 499-501 .

60. Zavodinsky V.G. First principles study of Al-Si nanosized cluster on Si(100)-(2xl). 11 Surf. Sci. 2002. - V. 516. - P. 203-206.

61. 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. 11 Surf. Sci. 1997. - V. 391, N. 1-3. - P. L1188-L1194.

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

63. Lander J. J., Morrison J. Surface reactions of silicon with aluminum and with indium. 11 Surf. Sci. 1964. - V. 2. - P. 553-565 .

64. Nishikata K., Murakami K., Yoshimura M., Kawazu A. Structural studies of Al/Si(lll) surfaces by LEED. // Surf. Sci. 1992. - V. 269/270. - P. 995-999.

65. Zotov A.V., Khramtsova E.A., Ryzhkov S.V., Saranin A. A., Chub А.В., Lifshits V.G. LEED-AES reexamination of the Al/Si(lll) "7-phase". // Surf. Sci. 1994. - V. 316, N. 1-2. - P. L1034-L1038.

66. Khramtsova E.A., Zotov A. V., Saranin A.A., Ryzhkov S.V., Chub А.В., Lifshits V.G. Growth of extra-thin ordered aluminum films on Si(lll) surface. // Appl. Surf. Sci. 1994. - V. 82/83, N. 1-4. - P. 576-582.

67. Michely Т., Reuter M.C., Tromp R.M. Al on Si(lll): Phase diagram and atomic mechanisms. 11 Phys. Rev. В 1996. - V. 53, N. 7. - P. 4105-4108.

68. Hamers R.J. Effects of coverage on the geometry and electronic structure of Al overlayers on Si(lll). 11 Phys. Rev. В 1989. - V. 40, N. 3. - P. 1657-1671.

69. Yoshimura M., Takaoka K., Yao Т., Sueyoshi Т., Sato Т., Iwatsuki M. Scanning tunneling microscopy observation of Al-induced reconstructions of the Si(lll) surface: Growth dynamics. // J. Vac. Sci. Technol. B. 1994. - V. 12, N. 4. - P. 2434-2436.

70. Groger R., von Blanckenhagen P. Phase transitions in ultrathin AI films on Si(lll) surfaces. 11 Thin Solid Films 1996. - V. 281-282, N. 1-4. - P. 73-75.

71. Groger R.M., Barczewski M.R. Ultrathin AI layers on Si(lll) and Si(100): structures and phase transitions. // Surf. Interface Anal. 2001. - V. 32. - P. 154-160 .

72. Yoshirnura M., Takaoka Т., Yao Т., Sato Т., Sueyoshi Т., Iwatsuki M. AI induced reconstructions on the Si(lll) surfaces studied by scanning tunneling microscopy. // Mat. Res. Soc. Syrnp. Proc. 1993. - V. 295. - P. 157-160.

73. Chelikowsky J.R. Electronic structure of AI chemisorbed on the Si(lll) surface. 11 Phys. Rev. B. 1977. - V. 16, N. 8. - P. 3618-3627.

74. Sugawara Y., Orisaka S., Morita S. Noncontact AFM imaging on Al-adsorbed Si(lll) surface with an empty orbital. // Appl. Surf. Sci. 2000. - V. 157, N. 4. - P. 239-243.

75. Hansson G. V., Bachrach R.Z., Bauer R.S., Chiaradia P. New models for metal-induced reconstructions on Si(lll). // Phys. Rev. Lett. 1981. - V. 46, N. 15. -P. 1033-1037.

76. Payne M.C., Teter M.P., Allan D.C., Arias T.A., Joannopoulos J.D. Iterative minimization techniques for ab initio total-energy calculations: molecular dynamics and conjugate gradients. // Rev. Mod. Phys. 1992. - V. 64, N. 4. - P. 1045-1097.

77. Ceperley D.M., Alder B.J. Ground State of the Electron Gas by a Stochastic. // Method Phys. Rev. Lett. 1980. - V. 45. - P. 566-569.

78. Perdew J., Zunger A. Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems // Phys. Rev. В 1981. - V. 23. - P. 5048-5079.

79. Натптпап D.R. Generalized norm-conserving pseudopotentials. // Phys. Rev. В -1989. V. 40. - P. 2980-2987.

80. Kleinman L., Bylander D.M. Efficacious form for model pseudopotentials. // Phys. Rev. Lett. 1982. - V. 48. - P. 1425-1428.

81. Fuchs M., Scheffler M. Ab initio pseudopotcntials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density-functional theory // Сотр. Phys. Commun. -1999.-V. 119.-P. 67-98.

82. Kotlyar V.G., Kasyanova T.V., Chukurov E.N., Zotov A.V., Saranin A.A. Atomic structure of the Si(lll)\/7x\/7-Al phase studied using STM and total-energy calculations. 11 Surf. Sci. 2003. - V. 545. - P. L779-L783.

83. Yoshimura M., Takaoka K., Yao T. Low-coverage, low-temperature phase of A1 overlayers on the Si (111)» — 7x7 structure observed by scanning tunneling microscopy. // Phys. Rev. В 1993. - V. 47, N. 20. - P. 13930-13932.

84. Jia J.-F., Liu X., Wang J.-Z., Li J.-L., Wang X.S., Xue Q.-K., Li Z.-Q., Zhang Z., Zhang S.B. Fabrication and structural analysis of Al, Ga, and In nanocluster crystals. 11 Phys. Rev. В 2002. - V. 66, N. 16. - P. 165412-10.

85. Ichinokawa Т., Itoh H., Schmid A., Winau D., Kirschner J. Reconstructed structures in metal/Si(100) surfaces at high temperature observed by scanning tunneling microscopy. // Vac. Sci. Technol. В 1994. - V. 12. - P. 2070-2073.

86. Shimizu N., Kitada IL, Ueda O. Cluster-ordered array on the Si(100) surface formed by Al deposition // Phys. Rev. В 1995. - V. 51, N. 8. - P.5550-5553.

87. Zhu C., Kawazu A., Misawa S., Tsukahara S. Adsorption of Al on Si(100) at high temperature. // Phys. Rev. В 1999. - V. 59, N. 15. - P. 9760-5763.

88. Kotlyar V.G., Saranin A.A., Zotov A.V., Lifshits V.G., Kubo O., Ohnishi H., Katayama M., Oura K. High-temperature interaction of Al with Si(100) surface at low Al coverages. // Surf. Sci. 2002. - V. 506, N. 1-2. - P. 80-86.

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

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

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

92. Bunk 0., Falkenberg G., Zeysing J.H., Johnson R.L., Nielsen M., Feidenhans'l R. Comment on "Structural model for the Si(001)4x3-In surface phase". // Phys. Rev. В- 1999. V. 60, N. 19. - P. 13905-13906.

93. Shimomura M., Nakamura Т., Kim K.-S., Abukawa Т., 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.

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

95. Schmidt T.M., Castineira J.L.P., Miwa R.H. Solving the structural model for the Si(001)-In(4x3) surface. // Appl. Phys. Lett. 2001. - V. 79, N. 2. - P. 203-205.

96. Schmidt T.M., Castineira J.L.P., Miwa R.H. Si(001)/In-4x3 surface: a first principles total energy calculation. // Surf. Sci. 2001. - V. 482-485, N. 2. - P. 1468-1473.

97. Cotzomi-Paleta J., Cocoletzi G.H., Takeuchi N. First principles calculations of the adsorption of group III metals on Si(001) at high temperatures. // Surf. Rev. Lett. -2002. V. 9, N. 5-6. - P. 1641-1644.

98. Kubo O., Kobayashi Т., Yamaoka N., Saranin A.A., Zotov A.V., Ohnishi H., Katayama M., Oura K. Formation of Si(100)c(8x2) surface phase using H-induced self-organization and H extraction. 11 Phys. Rev. В 2001. - V. 64, N. 15. - P. 1534064.

99. Takeuchi N. First-principles calculations of the atomic structure of the In-induced Si(001)-(4x3) reconstruction. // Phys. Rev. В 2001. - V. 63, N. 24. - P. 245325-7.

100. Car R., Parrinello M. Unified Approach for Molecular Dynamics and Density-Functional Theory. 11 Phys. Rev. Lett. 1985. - V. 55. - P. 2471-2474.