Туннельно-зондовая микроскопия фасетирования поверхности кристаллов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ



\

На правах рукописи

Витухин Владимир Юрьевич

ТУННЕЛЬНО - ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ ФАСЕТИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КРИСТАЛЛОВ

01.04.04- "физическая электроника"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Рязань-1998

Работа выполнена в Рязанской государственной радиотехнической

академии

Научный руководитель: доктор физико-математических

наук, И.В.Закурдаев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, С.С.Волков

кандидат физико-математических наук, С.В.Савинов

Ведущая организация: Институт радиотехники и

электроники РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится ¿¿№¿{3 1998 г. в

часов на заседании диссертационного совета К 113.10.02 в Рязанском государственном педагогическом университете им. С.А.Есенина по адресу: 390000, г. Рязань, ул. Свободы, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Рязанского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан н{5" 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук, доцент

М.В.Чиркин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последнее время, в связи с проблемой создания полупроводниковых квантовых структур пониженной размерности, особую роль в процессах формирования каналов локализованных областей одномерной размерности приобретает морфология ступенчатых структур. Наиболее сильное воздействие на степень фасетированности топографии поверхности оказывает тепловой отжиг в различных условиях. Теоретические разработки этой проблемы, начатые еще в 50* годах, вскоре нашли свое экспериментальное подтверждение для конечных стадий формирования структур. Однако исследование начальных этапов изменения рельефа оставалось долгое время затруднительным. Только к концу 80* годов совершенствование традиционных методов исследования - дифракции медленных электронов (ДМЭ), растровых электронных микроскопов (РЭМ) и, главным образом, появление сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) открыло возможность исследовать поверхность со сверхатомным разрешением. Отсутствие работ по изучению начальных стадий фасетирования поверхности кристаллов при. отжиге , в условиях термодинамического равновесия и при наличие градиента внешнего поля (электро-термоперенос атомов), которые могут экспериментально подтвердить или опровергнуть существующие теоретические взгляды на данные процессы, простимулировало проведение настоящего исследования на кристаллах вольфрама и арсенида галлия, как наиболее распространенных материалах электронной и полупроводниковой техники.

Цель диссертационной работы заключается в изучении закономерностей фасетирования проводящих монокристаллов при тепловой обработке.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

1. Отработка методики исследования фасетированных образцов методом СТМ в атмосферных условиях. Тестирование прибора на образцах пиролитического графита и экспериментальное определение шумовых параметров устройства. Разработка программного обеспечения для визуализации получаемой информации.

2. СТМ-изучение образцов монокристаллов и ОаАз после различных обработок. Выявление особенностей самоорганизации поверхности при тепловой обработке кристаллов в равновесных и существенно неравновесных условиях.

3. Исследование структурных и фазовых изменений поверхности монокристаллов ОаАв при тепловой обработке.

Научная новизна.

Впервые были изучены методом воздушного СТМ образцы монокристаллов вольфрама после различных стадий полировки и теплового отжига.

Обнаружен фрактальный характер рельефов, зарегистрированных с помощью СТМ на поверхности вольфрама после электрополировки, и изображений структуры травленой поверхности тех же образцов, зарегистрированных с помощью оптической микроскопии.

Выявлено принципиальное отличие процессов фасетирования поверхностей монокристаллов при отжиге, проводимом в условиях, близких к термодинамическому равновесию, и в присутствии градиентов внешнего поля (электрического или температурного).

Обнаружены особенности распределения электронной плотности на краях фасеток, возникающими на ступенеобразных границах раздела.

Научно-практическое значение результатов работы заключается в следующем:

1. Разработан метод изготовления зондирующих эмиттеров (острий) для СТМ методом ступенчатого электрохимического травления.

2. Разработано программное обеспечение для визуализации и математической обработки данных, получаемых с помощью СТМ.

3. Отработаны методики изучения ступенчатых структур нанометровых размеров на поверхности монокристаллов вольфрама и арсенида галлия.

4. Разработана новая методика пассивации поверхности ОаАэ для изучения ее методом воздушного СТМ, обеспечивающая длительное (более 10 часов) проведение исследований.

5. Обнаруженные закономерности фасетирования поверхностей кристаллов используются в учебном процессе: лекционных курсах, лабораторной работе, курсовом и дипломном проектировании.

Достоверность результатов работы подтверждается данными тестирования прибора на образцах с известной геометрией поверхности (пирографит и вольфрам), соответствием экспериментальных результатов теории процессов фасетирования поверхности, применением комплекса методов исследования: СТМ, ДМЭ, электронная и оптическая микроскопии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Электронномикроскопически "зеркальная" поверхность полированных монокристаллов вольфрама содержит обширные площади, покрытые фасетками с высотой фасеток 2-4 нм и шириной 25-30 нм.

2. На начальной стадии теплового отжига в состоянии, близком к термодинамическому равновесию, на вицинальных гранях (ПО)

монокристаллов вольфрама образуются фасетки с хорошо выраженной огранкой. Дальнейшее развитие "естественной шероховатости" происходит за счет роста платформ (110).

3. В условиях существенно неравновесных (электро-термодиффузии атомов) тепловой отжиг кристаллов вольфрама приводит к самоорганизации поверхности в форме образования волноподобной структуры с амплитудой в несколько нанометров, пространственная частота которой (q«4-104 см"1) согласуется с моделью Froberga и Adama [Thin Solid Films. - 1975. - V. 25. - P. 525-530]. Огранка ступеней в этом случае появляется на поздней стадии отжига (через 100-150 часов).

Апробация работы. Результаты диссертации были доложены на: -Международном Симпозиуме "Наноструктуры: физика и технология", Санкт-Петербург, 1994; -Первой Международной конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники", Таганрог, 1994; -Международном Симпозиуме "Наноструктуры: физика и технология", Санкт-Петербург, 1995; -Второй Международной конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники", Таганрог, 1995; -XII Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью ВИП-95", Звенигород, 1995; -Симпозиуме по эмиссионной электронике, посвященном памяти Г.Н.Шуппе, Рязань, 1996; -5й Международной конференции ICSOS-5, Франция, 1996; -16й Европейской конференции посвященной наукам о поверхности, Италия, 1996; -7й Европейской конференции ECASIA'97, Швеция, 1997; -9й Международной конференции STM'97, Германия, 1997; -Международной конференции "Эмиссионная электроника, новые методы и технологии", Ташкент, Узбекистан, 1997; - Всероссийской конференции "Зондовая микроскопия", Н.Новгород, 1998.

Публикации.

Результаты исследований опубликованы в 25 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 132 наименований. Объем работы составляет 159 страниц машинописного текста, включая 60 рисунка и 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика диссертационной работы: обоснована актуальность темы, сформулированы цели работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов. Перечислены

основные положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации результатов, объеме и структуре работы.

Первая глава диссертации представляет собой обзор литературы. Первый и второй параграфы посвящены физическим основам сканирующей туннельной микроскопии/спектроскопии (СТМ/СТС), кратко описаны конструкция, функциональная схема и методика работы с прибором. Сделана оценка пространственного разрешения СТМ и рассмотрены причины, влияющие на эту величину. Отмечена высокая информативность данного метода исследования при изучении локальных свойств поверхности в режиме стабилизации туннельного тока: это возможности в одном эксперименте получать с высочайшим разрешением информацию о топографии поверхности, локальной высоте потенциального бартера [~К-у]<р(Х, у)'] и плотности состояний образца вблизи уровня Ферми [р( Г ,Ер)].

Третий параграф посвящен анализу теоретических взглядов на процессы фасетирования кристаллов при тепловом отжиге. Большое внимание при этом уделяется рассмотрению влияния упругих сил на топографию поверхности. В четвертом параграфе приведены некоторые экспериментальные результаты исследований шероховатых поверхностей с применением высокоразрешающих методов - главным образом СТМ. Завершается глава кратким резюме о конкретных научных задачах решаемых в представленной диссертационной работе.

Во второй главе изложены методические основа проведения СТМ исследований фасетированных поверхностей кристаллов и подготовки экспериментальных образцов.

В первом параграфе представлены результаты тестирования прибора на образцах высокоориентированного пиролитического графита (ВПГ). Полученные изображения обнаруживают идентичность измеренных параметров структуры поверхности (а именно - амплитуды атомной гофрировки и периодичности в характерных направлениях) с уже известными данными, полученными различными методами.

Второй параграф посвящен описанию отработанной методики приготовления острий для туннельного микроскопа. В качестве материала и электролита были использованы вольфрам и водные растворы ИаОН. Режимы электрополировки определялись экспериментально после снятия вольт-амперных характеристик: в основном использовался режим, соответствующий "плато" на ВАХ. Отличительной особенностью отработанного способа явилось поддержание мениска травления на одном уровне, для чего осуществлялось постепенное опускание анода (заготовки острия) в раствор электролита. Кроме того,

напряжение источника питания подавалось на нижнюю часть заготовки для избежания кратковременного перетравливания кончика иглы в момент образования разрыва.

Исследования приготовленных таким образом острий в оптическом и электронном ("ХЕОЬ1ХА-50А") микроскопах показали следующие результаты:

- радиус закругления в пределах 20+30 юг,

- дайна сформированного острия составляет порядка 1100 мкм.

Созданные описанным способом иглы использовались продолжительное

время в СТМ экспериментах, но оказались подвержены быстрому загрязнению (окислению) в атмосферных условиях. В дальнейшем в СТМ исследованиях стали использоваться иглы, приготовленные из проволок диаметром 0.8 мм сплавов РИг (и РЖЬ) методом механического среза. Подобные иглы позволяли устойчиво наблюдать атомарное разрешение на поверхности графита и оперативно устранять затупление острия.

В третьем и четвертом параграфах представлены результаты СТМ исследований монокристаллов вольфрама после различных этапов их подготовки и описана техника эксперимента.

Большое внимание, уделенное в работе изучению поверхности после электрохимической полировки, обуславливалось двумя основными причинами: -естественный интерес к структуре поверхности, являющейся исходной для последующего теплового отжига, - сравнение результатов воздействия процесса полировки на наноуровне с достаточно хорошо изученным явлением травления поверхности кристаллов в микрометровом масштабе размеров.

СТМ исследование поверхностей монокристаллов вольфрама после заключительной механической полировки на шлифовальном станке показало шероховатый рельеф поверхности (со средним перепадом высот около 20 нм) с произвольно ориентированными царапинами.

По данным электронно-микроскопических и дифракционных исследований традиционно считалось, что после финишной электрохимической обработки кристаллов их поверхность имеет атомно-гладкую структуру на уровне монодвухатомных ступеней. Однако проведенные СТМ исследования показывают, что более 80% поверхности содержат эшелоны равномерно расположенных ступеней, которые плавно огибают неровности рельефа, оставшиеся после механической и электрохимической полировки. В отличие от поверхности графита, края ступеней на электрополированных монокристаллах вольфрама оказываются изломанными, как бы составленными из тупых углов граней [110] равновесной формы (ромбододекаэдра) кристалла вольфрама. Детальное изучение полученных СТМ изображений обнаружило черепичную структуру

этих ступеней, сходную с фигурами травления этих же кристаллов, наблюдаемых в оптический микроскоп на тех же образцах после травления. Составленность из черепиц позволяет ступеням плавно огибать более крупные неровности рельефа.

Кристаллографическая ориентация террас фасеток соответствует углу выхода на поверхность плотноупакованных плоскостей (110). У кристаллов с углом разориентации поверхности по отношению к сингулярной грани а = 6°, средняя длина фасеток Х.=27±2 нм и высота ЫЗ нм. У кристаллов с а=3° эти параметры составляли А.=35+40 нм и нм, т.е. наблюдается корреляция длины террас с углом а (рис.1). В терминах теоретического рассмотрения топографии поверхности как набора гармоник, эти величины соответствуют частоте повторения фасеток ql=(2-^5)10s см"1. Наблюдаемые микрофасетки расположены на протяженных неровностях с периодом в несколько тысяч ангстрем и высотой 1-5-2 нм, что соответствует частоте q2 < Ю4 см"1. Протяженные неровности могут бьггь следами механической полировки поверхности кристаллов.

На данном этапе работы впервые пришлось столкнуться с проблемой визуализации полученных данных для более доступного их восприятия. Другой проблемой явилось поразительное совершенство (но не идеальное) наблюдаемых рельефов, что делало их очень похожими на шумы. И только обнаружение на поверхности дефектов, каждый из которых служит маркером, позволило убедительно доказать повторяемость "домеченных" подобным образом рельефов.

Кроме ступенчатого рельефа на поверхности встречаются и гладкие области не покрытые ступенями. На одном из таких участков был отчетливо зафиксирован эффект "очистки" поверхности: проводя исследования с постепенно увеличивающейся площадью сканирования, начальный участок часто оказывается очищенным от нескольких монослоев адсорбата и под ним "видна" атомно-гладкая поверхность. Похожий эффект, обнаруженный в условиях сверхвысокого вакуума на поверхности золота, другие авторы связывают с преднамеренно небольшим изменением туннельного напряжения на острие.

В третьей главе приведены результаты исследования фасетирования вицинальных граней (110)\У при тепловом отжиге кристаллов. В первом параграфе представлены данные спектроскопических исследований поверхности монокристаллов вольфрама. Согласно теории, описанной в Главе 1, понижение поверхностной энергии вициналькой грани, близкой по ориентации к плотноупакованной, приводит при отжиге кристалла к развитию ступенчатой структуры типа "естественной шероховатости", что должно вызывать изменение электронной плотности вблизи граев фасеток.

86 А

б

59.7 А

в

Рис.1. СТМ изображения поверхности монокристаллического вольфрама после элекгрополировки: а - эшелоны фасеток нанометровых размеров на вицинальной грани (110), а=3°; б - расположение фасеток на микронеровости поверхности вдоль сечения О-О', кругами выделены особенности в электронной плотности краев ступеней; в - профилограмма поверхности вицинальной грани (110), а=6°: д] - частота следования нанофасеток, - частота следования протяженных неровностей

При анализе изображений образцов ВПГ и вольфрама, полученных с помощью СТМ, было замечено, что практически на всех краях ступеней (в большей или меньшей степени) наблюдается пик электронной плотности. Данный факт наглядно иллюстрируют рис. 16,в и рис.2. В соответствии с изложенными в Главе 1 теоретическими представлениями, подобные особенности электронной структуры краев ступеней отождествляются с проявлением упругих свойств ступенеобразной границы раздела.

Реализация алгоритма определения е<р показала почти на всех изученных образцах (с малой шероховатостью) практически равномерное распределение работы выхода над поверхностью, что позволяет исключить искажающее влияние атмосферных загрязнений на интерпретацию топографических СТМ изображений и еще раз подтверждает достоверность получаемых данных о

морфологии поверхности.

С другой стороны на некоторых участках полированных монокристаллов вольфрама

наблюдалось стабильное изменение работы выхода, как правило связанное с особенностями рельефа поверхности. Чаще всего это были края высоких ступеней или крупные кластеры загрязнений.

Второй параграф посвящен экспериментальной проверке

изложенных выше теоретических представлений о фасетировании кристаллов при отжиге в условиях, близких к термодинамическому равновесию. Оценка средней протяженности (или периодичности) ожидаемых теорией микрофасеток составила величину порядка 1000 ангстрем для разориенгированной на 5° вицинали (110)У/.

Изотермический отжиг (градиент УТ=0) уже изученных монокристаллов, покрытых нанофасетками элекгрополировки (Глава 2), показал образование на вициналях граней (ПО) ступенчатой структуры "естественной шероховатости", связанной с минимизацией поверхностной энергии: СТМ исследования начальной стадии этого процесса (после отжига в течение 10 часов) при Т-2600К (что составляет 0.7ТГШ) обнаруживают объединение (исчезновение) нанофасеток с частотой и постепенное образование на их месте более крупных ступеней с выраженной уже на ранних стадиях огранкой (рис.3).

47 А

Рис.2. Профилограмма электронной плотности краев ступеней образца ВПГ: А - пик вверх, В - "антипик" вниз

При более длительном отжиге ( 150 часов) процесс сливания фасеток продолжается, - при этом образуются ступени шириной Х-2+5 мкм, которые легко наблюдать в оптический микроскоп. Важно отметить, что профилограммы СТМ изображений (рис.Зб) у отожженых таким образом образцов демонстрируют почти полное отсутствие пиков электронной плотности (главным образом ориентированных вниз), характерных для первоначально изученной поверхности (см рис. 16,в). Это можно расценивать как снятие ранее существовавших упругих напряжений.

а

146 А

б

Рис.3. СТМ изображение (а) и лрофилограмма (б) поверхности образца (110^, отожженого в условиях, близких к термодинамическому равновесию

Итогом представленного этапа работы явился вывод о полном оотвегствии СТМ наблюдения начальной стадии процесса >асетирования кристаллов вольфрама в равновесных условиях с описанием роцесса, выполненным Маллинсом.

В третьем параграфе приводятся результаты СТМ исследований смоорганизации поверхности вольфрама в поле градиента температуры. При гом первоначальные протяженные неровности малой высоты (с

5839 А

б

Рис.4. СТМ изображение поверхности (110^ после отжига в поле градиента температуры: а - вид сверху в цветовом масштабе, б - профиль поверхности в направлении О-О'

частотой qг) с течением времени (10ч-20 часов) более отчетливы (более заметны) и проявляются вначале чаще всего как точечные дефекты, разбросанные случайным образом по поверхности. Затем (через 30-ь40 часов) становится более заметным "микрорельеф" (волны шириной несколько тысяч ангстрем) поверхности. Углубления, вначале не имевшие отчетливой ориентации, вытягиваются поперек направления приложения градиента температуры - по направлению, близкому к плотноупакованному. При этом наблюдается принципиальное отличие рельефа, возникающего в условиях направленного массопереноса, от характера воздействия на поверхность отжига в условиях термодинамического равновесия: в условиях эксперимента (Т=2400К, УТ=400 К/см) эшелоны ступеней наномепровых размеров, оставшиеся на поверхности после

электрохимической полировки не исчезают и не изменяют своей регулярности и являются реперными точками, позволяющими быстро оценивать расстояния между особенностям топографии (углублений, выступов).

Наиболее характерная СТМ-картина поверхности монокристалла (110^ с углом разориентации 6° показана на рис.4 (через 40 часов отжига). Отчетливо становится видно, что гармоника более низкой частоты q2 получает все большее развитие. Высота неровностей этой частоты увеличивается до 7*13 нм, т.е. более чем в 5 раз по отношению к исходным неровностям (см. рис1в, кривая Параметры же более высокой гармоники практически не изменились. Таким образом в нанометровом масштабе размеров наблюдается процесс

Рим.5. Результаты теоретического расчета для модели формирования ступенчатого рельефа на поверхности, а - для случая развития начального рельефа в течение короткого промежутка времени : 0 -исходная поверхность, 1 - через 15 часов, б - результаты для длительных промежутков времени (часов): 1- через 420, 2- через 920, 3-через 2120, 4-через 3120. М - равновесные склоны

самоорганизации поверхности в виде образования волноподобной структуры (с наблюдаемым периодом 200ч-300 нм). Структура появляется не на всей поверхности грани, а на участках (а чаще - между участками) с наиболее выраженными неровностями ц^.

Наблюдаемая с использованием СТМ начальная стадия фасетирования поверхности вольфрама хорошо согласуется с теоретически предсказанным развитием процесса: расчетные кривые (рис.5) практически не отличаются от экспериментальных профилограмм типа рис.4б.

В четвертой главе изложены данные о практическом применения методических результатов, полученных при работе на вольфраме, для

исследования одного из перспективнейхпих полупроводниковых материалов -ваЛь.

Первый и второй параграфы посвящены общим вопросам подготовки образцов СэАб в вакуумных условиях: описана методика и результаты экспериментального наблюдения с помощью ДМЭ и Оже-спекгроскохши за процессом удаления загрязнений и степенью фасетированности поверхности. Показано, что очищенная в вакууме поверхность при контакте с атмосферой с высокой скоростью покрывается окислом, что не позволяет наблюдать рельеф с применением воздушного СТМ. Аналогичный результат получен при исследовании свежесколотых поверхностей СаАв: структуру поверхности удается наблюдать в течение 15-20 минут, затем изображение постепенно размывается.

Отрицательный результат СТМ исследования приготовленных в вакууме образцов ваАв стимулировал поиски возможностей наблюдения полупроводника на воздухе. Для этого была разработана новая методика пассивации поверхности ваАв, описанная в третьем параграфе. При этом, как и в случае вольфрама, на поверхности наблюдались участки с правильными рядами нанофасеток размерами: 25-35 нм длиной и 3-4 ни высотой, образованных в результате электрополировки поверхности. СТМ изображения показывали устойчивую к атмосфере поверхность в течение 10 и более часов.

В четвертом параграфе описана технология приготовления атомно-чистой поверхности арсенида галлия с эшелонами фасеток размерами: длиной 50-60 нм и высотой 3-4 нм. По литературным данным подобные поверхности могут быть использованы для формирования структур с одномерным или двухмерным электронным газом (квантовые нити, квантовые точки).

В заключении сформулированы основные результаты диссертации, показаны пути дальнейшего развития работы по систематическому изучению фасеточных структур поверхности, приведен список работ, опубликованных по результатам выполненных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На электрополированных поверхностях образцов монокристаллов вольфрама обнаружены эшелоны упорядочено расположенных ступеней, имеющих "черепичную структуру", что, после сравнения с оптическими и электронно-микроскопическими фотографиями, позволяй сделать вывод о фрактальности топографии поверхности в нанометровом и микрометровом масштабе размеров: т.е. на субмикронном уровне размеров топографии исследователь вправе ожидать возникновения эффектов (появления

рельефа), которые действуют на микронном уровне. Кроме этого средняя шероховатость рельефа после полировки, составлявшая 8 нм, может говорить о толщине двойного слоя в процессе травления.

2. Предложен новый способ пассивации поверхности GaAs, заключающийся в проведении процесса электрохимической полировки поверхности в 5% растворе NaOH с последующей циклической промывкой в спирте и дистиллированной воде. В результате подобной обработки поверхность GaAs можно изучать с помощью СТМ длительное время: до 10 часов.

3. Анализ профилограмм электронной плотности, полученных на трех исследуемых материалах показал характерную особенность распределения электронной плотности около ступени на поверхности: со стороны верхней примыкающей террасы наблюдается пик электронной плотности, достигающий 10% от высоты ступени, а со стороны нижней примыкающей террасы - антипик (или слабый пик в обратную сторону - вниз), приблизительно в 5 раз меньший по амплитуде по отношению к верхнему. Подобный эффект обусловлен, по-видимому, особенностям распределения электронного газа атомов образца, вызванным перестройкой структуры поверхности слева и справа от ступени. На фасетках образцов GaAs -"антипик" не наблюдается.

4. При исследовании самоорганизации поверхности воздействием теплового отжига в условиях близких к тернодинамическому равновесию, были зафиксированы начальные этапы возникновения на поверхности структуры "естественной шероховатости", развивающиеся в полной соответствии с математическим описанием этого процесса, сделанным Маллинсом [Phil. Mag.- 1961. -V.6. - P. 1313-1341]. Не обсуждаемое в его работе существование на реальной поверхности начальных ограненных углублений полностью подтверждается, причем огранка у фасеток появляется на ранних стадиях отжига.

5. Отжиг кристаллов при организации потока атомов вдоль поверхности (термодиффузия) приводит к приоритетному развитию строго определенной гармоники из их набора, описывающего поверхностные нерегулярности (шероховатости), в полном соответствии с ранее предложенной теорией процесса. Огранка у волноподобных ступеней развивается на поздних стадиях формирования поверхностной структуры.

6. На всех исследуемых образцах (графита, вольфрама, GaAs) был обнаружен эффект очистки поверхности, заключающийся в удалении с просканированного квадрата поверхности слоя окисла высотой в среднем 2±0.2 нм при неизменных параметрах туннельного перехода: U/, L. Была продемонстрирована возможность создания углубления на поверхности

вольфрама механическим воздействием острия СТМ и последующее считывание этим же острием только что созданного рельефа.

7. Впервые получено СТМ изображение свежего скола (110) GaAs в атмосферных условиях. Кратковременность наблюдения поверхности говорит о скорости протекания реакций окисления свежего скола на воздухе, а шероховатость последних стабильных СТМ изображений, составлявшая 20 нм, позволяет сделать вывод об относительной скорости окисления.

8. Тепловой отжиг кристаллов GaAs при Т= 620-ь630°С позволяет создать эшелоны упорядоченных ступеней с характерными размерами: высотой 3-4 нм и шириной 50-60 нм, что может быть использовано в технологии выращивания структур на квантово-размерных эффектах.

Работа выполнена при частичной поддержке со стороны

- Министерства образования РФ (грант № 1-28, 1994-1995 гг.; грант №97-5-1.2-11, 1998-1999 гг.)

- Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 95-02-06021а, 1995-1996 гг.)

- Министерства науки и технологий РФ (грант № 2-022/4, 19961998 гг.)

которым автор выражает свою глубокую признательность.

Результаты исследований опубликованы в следующих работах:

1. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Киреева О.В., Руденко А.И. Сканирующая туннельная микроскопия поверхности кристаллов с развитой микроструктурой // Известия АН. Серия физическая, 1996, Т.60, № 7, 180-185.

2. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В. Наблюдения самоорганизации поверхности кристаллов вольфрама при термодиффузии атомов с помощью метода сканирующей туннельной микроскопии // ФТТ, 1997, том 39, №6, с.968-971.

3. Байзер М.В., Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Руденко А.И. Фасетирование поверхности арсенида галлия, близкой по ориентации к (100), в условиях неравновесного массопереноса//ФТП, 1998, Принята в печать.

4. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Протопопов О.Д., Руденко А.И., Сканирующая туннельная микроскопия б атмосферных условиях // Межвуз. сб. научных трудов "Проблемы электронной техники".- Рязань, 1994. -С.3-9.

5. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Руденко А.И., Сканирующая туннельная микроскопия травленой поверхности вольфрама // Межвуз. сб. научных трудов "Проблемы электронной техники".- Рязань, 1994. - С. 9-13.

6. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Киреева О.В. Наблюдения начальной глади и фасетирования поверхности вольфрама при термодиффузии методом жанирующей туннельной микроскопии // Межвуз. сб. научных трудов 'Вакуумная и плазменная электроника",-Рязань, 1996.-С.2-6.

7. Vituhin V.J., Zakurdaev I.V.,Rudenko A.I. GaAs surface with the developed steped structure for the growth of quantum structures // Abstracts of invited lectures and contributed papers of Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology". - St.Petersburg, 1994. -C.255-256.

8. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В. Сканирующая туннельная микроскопия травленой поверхности вольфрама //Труды 1-й Международной конференции "ПЭМ-94".-Таганрог, 1994.-С.39.

9. Vituchin V.J., Zakurdaev I.V.,Rudenko A.I., Scanning tunneling microscopy of GaAs surfaces under ambient conditions II Abstracts of invited lectures and contributed papers of Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology". - St.Petersburg, 1995.-C. 416-419.

10. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Руденко A.M., Туннельная микроскопия поверхности GaAs в атмосферных условиях II Труды 2-й Международной конференции "ПЭМ-95".-Таганрог, 1995. -С.21.

11. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Киреева О.В.. Руденко А.И. Сканирующая туннельная микроскопия поверхности кристаллов с развитой микроструктурой // Материалы XII Международной конференции "ВИП-95".-Москва, 1995. - С.60-63.

12. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Киреева О.В. Постановка лабораторной работы по топографии поверхности кристаллов, полученной методом туннельной микроскопии // Труды VII научно-методической конференции РГРТА. - Рязань, 1995. -С.64-67.

13. Vitukhin VJ. and Zakurdaev I.V. STM investigation of the self organizing of a stepped structure on the vicinal (110) surface of tungsten due to slectromigration // Program and abstract book of ICSOS-5, Aix en Provence, France, 1996. -Tu.035,

14. Vitukhin VJ. and Zakurdaev I.V. STM investigation of the tungsten surface self-organization under electro- and thermomigration of atoms // Program and abstract book of 16th European Conference on Surface Science. Genoa, Italy, 1996. -TuAP75.

15. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Кратенко В.П., Протопопов О.Д., Руденко А.И. Шувалова З.А. Сканирующая туннельная микроскопия поверхности GaAs // Материалы симпозиума по эмиссионной электронике, посвященного памяти Г.Н.Шуппе. -Рязань, 1996. - С. 209-210.

16. Витухин В.Ю., Гилев Ю.В. О новых возможностях представления информации в сканирующей туннельной микроскопии // Материалы

симпозиума по эмиссионной электронике, посвященного памяти Г.Н.Шуппе. -Рязань, 1996.-С. 211.

17. Витухин В.Ю., Закурдаев И.В. СТМ наблюдения самоорганизации поверхности монокристаллов // Материалы симпозиума по эмиссионной электронике, посвященного памяти Г.Н.Шуппе. -Рязань, 1996.-С. 44-45.

18. Vitoukhin VJ. and Zakourdaev I.V. Electro-thermomigration of atoms on metals and semiconductors surfaces and effects, accompanying masstransfer // 7th European Conference on Application of Surface and Interface Analysis. - Geoteborg, Sweden, 1997. - Mo2A017.

19. Bayzer M.V., Vitoukhin V.J. and Zakourdaev I.V. STM supervision of initial stage of steps echelons formation on a surface of tungsten crystals at electro-thermomigration of atoms // 7th European Conference on Application of Surface and Interface Analysis. -Geoteborg, Sweden, 1997. - Mo2A018.

20. Vitukhin V.J. and Zakurdaev I.V. Tungsten surface self-organization under electro- and thermomigration of atoms // 9th International Conference on Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy "STM'97".- Hamburg, Germany, 1997.-Wel2.lP20.

21. Bayzer M.V., Vitoukhin V.J., Zakourdaev I.V. and Rudenko A.I. Investigation of GaAs surfaces by scanning tunneling microscopy under atmospheric conditions // 9th International Conference on Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy "STM'97". - Hamburg, Germany, 1997. - Mol 1.1P26.

22. Байзер M.B., Витухин В.Ю., Закурдаев И.В. Туннельно-микроскопические наблюдения эффекта постоянного тока в металлах и полупроводниках // Тезисы докладов Международной конференции "Эмиссионная электроника, новые методы и технологии" . - Ташкент, Узбекистан, 1997. - С.6-7.

23. Байзер М.В., Витухин В.Ю., Закурдаев И.В., Киреева О.В., А.ВЛавров, А.И.Руденко. Фасетирование поверхности арсенида галлия, близкой по ориентации к (100), в условиях неравновесного массопереноса // Тезисы докладов Международной конференции "Эмиссионная электроника, новые методы и технологии". - Ташкент, Узбекистан, 1997. - С.190.

24. Витухин В.Ю., Фирсов Д.С. Измерения работы выхода методом сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) // Тезисы докладов Международной конференции "Эмиссионная электроника, новые методы и технологии". - Ташкент, Узбекистан, 1997. - С. 174.

25. Байзер М.В., Витухин В.Ю., Закурдаев И.В. СТМ наблюдения самоорганизации поверхности кристаллов при тепловом отжиге//Труды Всероссийской конференции "Зондовая микроскопия". - Н.Новгород, 1998.-С. 29-32.