Взаимодействие атомов Ge с поверхностными реконструкциями в системе Me/Si(111) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Чубенко Дмитрий Николаевич

Взаимодействие атомов ве с поверхностными реконструкциями в системе Ме/81(111)

Специальность — 01.04.10 Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 8 НОЯ 2010

Владивосток 2010

004613450

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН

Научный руководитель:

член-корреспондент РАН Саранин Александр Александрович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Чеботкевич Людмила Алексеевна

доктор физико-математических наук, профессор

Галкин Николай Геннадьевич

Ведущая организация:

Институт физики полупроводников СО РАН, г. Новосибирск

Защита состоится 3 декабря 2010г. в 13:00 на заседании диссертационного совета Д 005.007.02 при Учреждении Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Учреждения Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН.

Автореферат разослан 01 ноября 2010г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., доцент

Гамаюнов Е. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы. В последние годы в электронной промышленности усилился интерес к гетероструктурам Ge^Sij^, выращенным на подложках кремния. Такие системы, обладающие новыми физико-химическими свойствами и получившие название «искусственные подложки» [1], позволяют существенно улучшить свойства приборов, которые традиционно изготавливаются на подложках кремния [2, 3]. Появляется возможность использования подобных гетероструктур в качестве искусственных подложек для роста GaAs, что может в будущем привести к совмещению приборов, создаваемых на основе кремниевой технологии, с оптоэлектронными приборами, основным материалом для которых является GaAs. Уже разработаны полупроводниковые устройства,, использующие напряженные слои GeSi. Например, в 2006 году фирма IBM сообщила об успешной разработке транзистора, способного работать на частоте 500 ГГц, что примерно в 100 раз превышает максимальные показатели полупроводниковых приборов, применяемых сейчас в массовом производстве микросхем. Таким образом, слои твердого раствора GeSi приобретают очевидную актуальность и практическую значимость. Тем не менее, свойства поверхности таких слоев пока практически не изучены, несмотря на то, что усиливающаяся тенденция миниатюризации полупроводниковых приборов приводит ко все возрастающей роли структуры поверхностей полупроводников при создании на них электронных, оптических и т.п. устройств. На сегодняшний день известно более 300 поверхностных реконструкций на кремнии и около 100 на германии, но реконструкции, формирующиеся на поверхности гетерослоя GeSi практически неизвестны.

С другой стороны, изучение формирования атомных реконструкций на поверхности GcASi|.ySi позволит лучше понять процессы на поверхности твердых тел. Действительно; вопрос о том, какой специфический параметр подложки и слоя адсорбата контролирует структуру и свойства получаемой реконструкции, всё еще представляет интерес. Нахождение ответа на этот вопрос открывает возможность контролируемой модификации реконструкций в нужном направлении, получение структур с заданными свойствами. В настоящее время принято считать, что образование реконструкций на поверхности твердых тел в основном есть результат конкуренции двух процессов: (а) уменьшения числа свободных (ненасыщенных) связей, обусловленное перегруппировкой атомов на поверхности (это приводит к уменьшению поверхностной энергии); (б) увеличения поверхностного напряжения, вызванного заменой атомов (это приводит к увеличению поверхностной энергии).

Одним из путей модификации структуры и свойств поверхностной реконструкции является добавление атомов другого адсорбата, что влияет на оба процесса. Например, добавление атомов Аи в поверхностную реконструкцию Si(lll)•\/ЗxvЗ-Ag приводит к изменению электронных свойств поверхности [4], добавление атомов 1п в — Аи приводит к

«плавлению» доменных стенок [5], в то время как добавление атомов А1 в такую же реконструкцию вызывает появление новых реконструкций Зл/З хЗл/З и 2x2 и т.п. С другой стороны, изменение механического напряжения поверхности также может приводить к значительным изменениям структуры и свойств поверхностных реконструкций. В этом плане замена верхнего поверхностного слоя подложки 81 на слой Се^^, для которого свойственно незначительное увеличение постоянной решетки, предоставляет большие возможности для модификации поверхностных реконструкций, что является важным этапом в поиске методов синтеза структур пониженной размерности с заданными свойствами.

Всё вышесказанное определило актуальность и цели данной работы.

Цель диссертационной работы: исследовать влияние модификации приповерхностного слоя подложки 81(111) на процессы формирования, структуры и свойства поверхностных реконструкций.

Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Изучить поведение атомов Ое на поверхностной реконструкции 51(111)5,55x5,55-Си, а также изменение структуры несоразмерной фазы 81(111)5,55x5,55-Си при формировании твердого раствора Ое,5||_х.

2. Исследовать изменение кристаллической структуры поверхностной реконструкции 81(111)4х1-1п при формировании в приповерхностном слое твердого раствора Оех51|.х.

3. Рассмотреть изменения физических свойств реконструкций в системе А1/81(111) при формировании в приповерхностном слое твердого раствора Сех81,.х.

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

1. Получены массивы атомных кластеров германия и определена величина потенциального барьера на доменных стенках элементарных ячеек реконструкции 51(111)5,55x5,55-Си.

2. Экспериментально обнаружен переход реконструкции 4x1 в реконструкцию 7x3 в системе 1п/51(111) при формировании в приповерхностном слое твердого раствора Сех811.х.

3. Показана возможность изменения относительной температурной стабильности реконструкций в системе АУБКШ) путем создания слоя твердого раствора Оех51].х в приповерхностном слое.

Практическая значимость исследования. В ходе выполения диссертационной работы показана возможность изменения температурной стабильности наноструктур, что может быть использовано для улучшения характеристик нанокатализаторов на основе магических кластеров А1. Предложена методика анализа однородности твердого раствора Сех51].х на поверхности 51(111) по локальной -ориентации элементарных ячеек реконструкции 51(111)5,55x5,55-Си.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Величина диффузионного барьера между ячейками реконструкции 51(111)5,55x5,55-Си -Си для атома ве составляет 0,29±0,03 эВ. Атомы ве на поверхностной реконструкц

2. Модификация поверхности Si(lll) формированием в приповерхностной области твердого раствора GexSii.x вызывает переход поверхностной реконструкции Si(lll)4xl-In в реконструкцию 7x3.

3. Поверхностная реконструкция а-7х7 в системе Al/GexSii_x(l 11) имеет увеличенную температурную стабильность и существует вплоть до температуры десорбции А1 (800°С), в отличие от системы Al/Si(lll), в которой она существует до температуры 600°С, после чего необратимо переходит в реконструкцию s i с 11

4. Модификация поверхности Si(lll) формированием в приповерхностной области твердого раствора GexSi]_x изменяет предпочтительные адсорбционные позиции для атома А1 с позиции «адатома» на замещающую позицию.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на международных, российских и региональных конференциях, в том числе на: X, XI, XII Региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов (ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, 2006-2009); 7-ой региональной научной конференции ФФИИО-7 (г. Владивосток, 2007); The Russia-Japan Seminar on Semiconductor Sirfaces (2006, 2008); Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (ДВГУ, г. Владивосток, 2006); The Eight Japan-Russia Seminar on Semiconductor Surfaces (Sendai, 2008); 16th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology" (Vladivostok, July 14-18, 2008).

трех типов: гексагональные ные VJx2 кластеры.

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, входящих в Перечень ведущих периодических изданий ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в подготовке и проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных и интерпретации полученных результатов. Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 131 страницу, включая 78 рисунков и список цитируемой литературы из 164 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и объектов исследования, сформулированы цель и выносимые на защиту положения, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе «Субмонослойные реконструкции на кремнии и германии» приведены базовые понятия, касающиеся кристаллографии поверхности. Представлены основные сведения о чистых поверхностях Si(lll), Ge(lll), рассмотрены поверхностные реконструкции, которые образуются при взаимодействии AI, In, Си на поверхностях на грани (111) кремния и германия.

Вторая глава «Экспериментальная установка и методы исследования» посвящена рассмотрению основных методов исследования поверхности, таких как сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), сканирующая туннельная спектроскопия (СТС), дифракция медленных электронов (ДМЭ). Описаны методики приготовления образцов и очистки поверхности.

Третья глава «Диффузия атомов Ge на поверхности Si(lll)5,55x5,55-Cu при комнатной температуре и взаимодействие Ge с этой поверхностью при более высоких температурах» посвящена изучению динамики отдельных адатомов Ge и их самоорганизации в кластеры на реконструированной поверхности Si(l 11)5,55x5,55-Cu методом сканирующей туннельной микроскопии. Экспериментальные исследования миграции адатомов по поверхности представляют значительный интерес для физики поверхности, так как они способствуют достижению более детального и глубокого понимания процессов на поверхности, приводящих к формированию атомных кластеров, наноструктур и тонких пленок. Особенно актуально исследование таких процессов методами, позволяющими отследить движение отдельного атома по поверхности, одним из которых является сканирующая туннельная микроскопия [6].

Поверхностная реконструкция 81(111)5,55x5,55-Си (рис. 1 (а)) представляет собой квазипериодический несоразмерный слой Си281, локальная структура которого образована атомами меди в позициях Н3 (атомы Си(Н3)) и замещением атомов кремния в верхнем двойном слое кремния (атомы Си(8и)) (рис. 1 (б), (в), (г)).

Несоответствие параметров решетки между Си281 и 81(111) приводит к формированию несоразмерных доменов, имеющих форму неидентичных шестиугольников со средним размером ~5,5ао (выделены на рис. 1 (а) белыми линиями), разделенных доменными стенками с вакансионными дефектами в узлах (рис. 1 (а)). Потенциальный рельеф поверхности отражает особенности этой реконструкции. Он представляет собой массив потенциальных «бассейнов», расположенных в центральной части шестиугольников и разделенных относительно высокими и широкими барьерами вдоль сторон шестиугольни-

Рис. 1. (а) СТМ изображение высокого разрешения поверхности 81(111)5,55x5,55-Си (125x125 А2); (б) структурная модель Си251/81(111) предложенная Зегенхагеном [7]; (в) экспериментальное и (г) моделированное СТМ изображения заполненных состояний (12x12 А2), показывающие соответствие СТМ максимумов атомам, составляющим слой Си281.

ве осаждался на поверхность 81(111)5,55x5,55-Си при комнатной температуре. СТМ исследования проводились как при комнатной температуре, так и с охлаждением образца до низких температур (Т>120К).

При комнатной температуре адатомы ве перемещаются по поверхности Си281, однако их движение ограничено доменными стенками; адатомы совершают непрерывное движение внутри шестиугольной ячейки. Скорость перемещения атома Се выше скорости сканирования СТМ, таким образом, нестабильный атом германия на СТМ изображении выглядит как «заштрихованная» область, не имеющая определенной формы (рис. 2 (а) и рис. 3 (а)). Внутри ячейки атом может находиться в нескольких, от трех до шести, адсорбционных позициях, расположенных над атомами Си(8и) (рис. 2. (б)-(г)).

Это было показано методом «усреднения» нескольких СТМ изображений. На рис. 2 (б) показано усредненное изображение, полученное из 18 отдельных СТМ изображений одного и того же места поверхности. Наложение структурной модели Си281 на усредненное изображение (рис. 2 (в)) показало, что центры максимумов расположены в позициях Си(8и) центральной части шестиугольника (рис. 2 (д)). Как видно, атомы ве посещают только центр ячейки, избегая области доменных стенок. Данное наблюдение позволяет качественно описать форму потенциального рельефа поверхности 81(111)5,55x5,55-Си. Поверхность содержит набор потенциальных бассейнов, сосредоточенных внутри центров шестиугольных доменов реконструкции 81(111)5,55x5,55-Си, которые характеризуются неглубоким потенциальным рельефом с минимумами в позициях Си(8и).

Для большинства атомов ве доступной для перемещения областью является внутренняя часть шестиугольного домена, ограниченная доменными стенками. Перемещение атома Ое из одного шестиугольного домена реконструкции 81(111)5,55x5,55-Си в другой является редким событием.

Рис. 2. (а) одиночное СТМ изображение шестиугольной ячейки поверхности 51(111)5,55x5,55-Си с быстро перемещающимся внутри атомом Ое, (б) «усредненное» СТМ изображение, полученное путем наложения 18 изображений одного и того же шестиугольника. Серыми точками отмечены угловые кратеры, которые использовались как точки привязки при наложении изображений, (в) схематичное изображение Си251 с атомами Си(Н3) в качестве узлов (белые кружки), наложенное на усредненное СТМ изображение, на котором обведены СТМ максимумы, соответствующие адсорбционным позициям атома Ое. Крестами отмечены центры этих максимумов, (г) увеличенное схематическое изображение шестиугольника на (в), показывающее, что атом германия посещает позиции Си(8и).

С понижением температуры скорость прыжков атомов Ое уменьшается, и при температурах ниже -265К время жизни атома Ое (т.е. время, в течение которого атом Ое находится неподвижно в одной адсорбционной позиции) становится больше времени, необходимого для получения СТМ изображения этого атома. Поэтому атомы Ое на СТМ изображениях, полученных при низкой температуре, выглядят как сплошные круглые максимумы (рис. 3 (б)).

Рис. 3. СТМ изображения заполненных состояний поверхности Si(l 11)5,55x5,55-Cu после осаждения 0,02 МС Ge, полученные при (а) комнатной температуре; (б) 242 К. Размер СТМ изображений 65x65 А2.

Среднее время жизни атома германия в адсорбционной позиции было измерено как функция температуры с помощью режима видео-СТМ. В диапазоне температур от 224 до 265 К оно варьируется от 208 до 27 секунд (рис. 4(а)). Величина диффузионного барьера, полученная из построения Аррениу-са (рис. 4 (б)) для среднего времени жизни, составляет 0,29+0,03 эВ, а частотный множитель равен 109±1 Гц.

температура (К) г&> ко глр г» г»

Рис. 4. (а) Уменьшение количества адатомов германия, сохраняющих свои начальные адсорбционные позиции для 224, 232, 242, 253 и 265К. Сплошные линии представляют собой график N = Л^о ехр(-? / 7), с временем жизни т в качестве подгоняемого параметра для каждой температуры, (б) Температурная зависимость (построение Ар-рениуса) среднего времени жизни адатома германия в адсорбционной позиции внутри ячейки 51(111)5,55x5,55-Си.

Когда покрытие Се приближается к -0,03 МС, количество атомов Се становится сравнимым с числом шестиугольных ячеек или больше него на поверхности, и вследствие этого некоторые ячейки могут захватывать по несколько атомов Се, т.е. формируются атомные кластеры Се. Статистический анализ показал, что на этом этапе преобладающими кластерами являются димеры с межатомным расстоянием Л а , реже встречаются димеры с межатомными расстояниями 2а и Л а. Димеры с расстоянием больше 41а, равно как и 1а, не встречаются. С ростом покрытия ве количество атомов Бе, находящихся внутри шестиугольников, увеличивается до тех пор, пока не будут заняты все возможные адсорбционные позиции. Это наступает при покрытии насыщения 0,1 МС. В результате на поверхности формируются кластеры, состоящие из большего количества атомов Се, включая димеры, тримеры, тетрамеры и пентамеры. Тримеры являются самым распространенным типом кластеров. В зависимости от межатомного расстояния кластеры могут быть разделены на три основные группы: гексагональные л/зхл/з и 2x2 кластеры, а также четырехугольные л/з х 2 кластеры. Как и димеры, тримеры ТзхТз являются самым распространенным типом кластеров. При покрытиях Се больше покрытия насыщения атомы германия образуют трехмерные островки.

При нагреве поверхности Се/51(111)5,55x5,55-Си атомы ве диффундируют сквозь слой Си251 вглубь подложки, растворяются в подповерхностной области и формируют слой Се^!.*. Как известно, поверхностные структуры Си/51 и СиЮе имеют подобные кристаллические структуры [8], но различаются размерами элементарной ячейки и углом разворота ее относительно объемной решетки. В данной работе показано, что структура Си/Се^^х подобна по устройству «чистым» системам, однако размеры ячейки и угол ее разворота пропорциональны концентрации Се в приповерхностной области. Это позволяет использовать данную систему для оценки равномерности растворения Се в 51(111).

Четвертая глава «Стабильность реконструкции 8Ц111)4х1-1п при формировании слоя Се^^.,,» посвящена исследованию возможности модификации поверхностных реконструкций путем изменения среднего значения постоянной решетки подложки на примере поверхностной реконструкции 51(111 )4х1-1п. Эта структура вызывает интерес своими квазиодномерными электронными свойствами [9] и низкотемпературным фазовым переходом в структуру 8x2 [10]. В данной работе были проведены сравнительные эксперименты по формированию реконструкции 81(111)4х1-1п на чистой поверхности 81(111)7x7 и на слое Сех811_х при прочих равных условиях.

Модификация образца путем адсорбции Се проводилась с помощью трех разных процедур. В первой процедуре Се осаждался на атомарно чистую

поверхность 81(111)7x7 перед осаждением 1п. После формирования слоя Сех51|.х(111) на поверхность был осажден 1,0 МС 1п при температуре подложки 450°С (обычные условия роста реконструкции 51(111)4x1-1п). Во второй процедуре использовалась твердофазная эпитаксия, т.е. Се осаждался на уже приготовленную поверхность 51(111)4x1 -1п при комнатной температуре, затем образец нагревался до 450°С в течение 1 минуты. В третьей процедуре, ве осаждался на поверхность 51(111)4х1-1п, нагретую до 450°С, т.е. применялся метод молекулярно-лучевой эпитаксии. Независимо от выбора процедуры были получены идентичные результаты, зависящие исключительно от количества осаждённого Се.

На рис. 5 показаны структурные изменения на поверхности, в зависимости от покрытия ве. Когда покрытие Се относительно мало (0,06 МС, рис. 5(а)), разрушение начальной реконструкции 4x1 начинает происходить возле доменных стенок и ступеней. С ростом покрытия Се (рис. 5 (б) и (в)), разрушение 4x1 продолжается дальше, затрагивая области внутри доменов 4x1. Можно заметить, как полосы новой структуры последовательно заменяют реконструкцию 4x1. При покрытии Се составляющем примерно 1/3 МС, вся поверхность оказывается занятой новой реконструкцией. Дальнейшее увеличение покрытие Се до 1 -2 МС не влияет на поверхностную структуру.

Рис. 5. 430x430 А2 СТМ изображения заполненных состоянии, показывающие этапы изменения реконструкции поверхности 51(111)4х1-1п вызванные добавлением (а) 0,006 МС, (б) 0,12 МС, (в) 0,25 МС и (г) 0,35 МС Се.

Новая реконструкция имеет периодичность 7x3, как показано на рис. 6. Из СТМ изображений с сосуществующими доменами 4x1 и новой реконструкции видно, что ширина 4-х рядов этой новой реконструкции совпадает с 7-ю рядами реконструкции 4x1 по ширине (вставка на рис. 6(а)). Как результат, формируются домены этой реконструкции строго определенной ширины: число рядов делимо на 4 (4, 8, 12 и т.д.). Периодичность вдоль ряда этой реконструкции эквивалентна За, как видно из сравнения профилей сканов, построенных вдоль рядов 4x1 и новой реконструкции (профили А и В на рис. 6(6) и (в)).

1111

(В)Ш ¡иМ >

ВЯГг| ■

шКПНШХ

Рис. 6. (а) 1740x900 А СТМ изображение заполненных состояний (-2.8 В), содержащее сосуществующие домены реконструкций 4x1 и 7x3 (покрытие йе составляет 0,25 МС). Показано количество рядов (4, 8 и 12) в доменах 7x3. (б) Фрагмент поверхности с большим увеличением. Очерчены элементарные ячейки 4x1 и 7x3. (в) Профили линий А и В на (б).

Так же в главе оценено количество атомов подложки, входящих в состав поверхностной реконструкции 7x3, которое составляет 0.65±0.04 МС, что соответствует 14 атомам на элементарную ячейку реконструкции 7x3.

Пятая глава «Изменение температурной стабильности реконструкций в системе А1/81(111) при формировании приповерхностного слоя Й^Оеп.,,)» посвящена изучению эволюции системы А1/81(111) при формировании в приповерхностном слое твердого раствора Сех811_х.

В качестве исходной реконструкции был выбран массив магических кластеров А1 (поверхностная фаза 81(111)а-7х7-А1, рис. 7 (а)). Такой массив формируется в результате напыления -0,35 МС А1 на поверхность 81(111)7x7 при температуре 575°С. Известно, что этот массив обладает каталитической активностью [11]. Реконструкция 81(111)а-7х7-А1 является метастабильной и переходит в реконструкцию БКД11)>/з х л[ъ -А1 при прогреве выше 600°С (рис. 7(6)). Переход а-7х7 => -у/Зх-у/З является необратимым. При формировании слоя Сех81].х новых реконструкций с атомным устройством, отличным от реконструкций, уже известных в системе А1/81(111), обнаружено не было. Однако при увеличении концентрации ве в приповерхностном слое плавно увеличивается температура перехода поверхностной реконструкции 81(111)а-7х7-А1 в 81(111) -у/3 х -у/з -А1. Результаты экспериментов представлены в виде итоговой фазовой диаграммы (рис. 7 (в)), построенной по результатам исследований с помощью метода ДМЭ.

В связи с увеличенной стабильностью поверхностной фазы а-7х7 в системе А1/Оех81].х, появляется возможность обратного перехода из а-7х7 в -у/зх-у/з , который в обычной системе А1/81(111) не наблюдается. Это происходит при растворении атомов ве в подложке со сформированной реконструкцией 81(111)-у/зх-у/з-А1, которая была получена путем осаждения 0,25 МС А1 на поверхность 81(111) 7x7 при температуре 700°С в соответствии с фазовой диаграммой [12]. Затем на полученную поверхность осаждалось не-

которое количество Ое при комнатной температуре с последующим отжигом. Переход из поверхностной структуры л/Зх-Л в массив магических кластеров происходит при покрытии германия выше 0,4 МС и температуре выше 350°С. Сформированный массив магических кластеров обычно неполный, количество кластеров составляет примерно 60% от идеального количества, которое соответствует двум кластерам на элементарную ячейку 7x7. Одновременно избыток атомов А1 агломерируется в более плотную у-фазу. Переход начинается от ступеней террас, начиная с верхней террасы.

550 -

_I_I_I_1_I_I_I_I_I_!_

Л I 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

■ • * '.1| 9 йЛ I

Покрытие бе (МС)

Рис. 7. Необратимый структурный переход фазы а-7х7-А1 в реконструкцию Тзхл/з в системе А1/51(111) при нагреве выше 600°С. (а) 295x220 А2 СТМ изображение заполненных состояний массива магических кластеров (фаза а-7х7-А1); (б) 920x725 А2 СТМ изображение незаполненных состояний той же поверхности после нагрева выше

600°С. Поверхность представляет собой домены реконструкции л/3 х 7з с включениями л/7х>/7 . Вставка показывает СТМ изображение фазы л/зхл/з при большем увеличении (размер 115x85 А2); (в) Фазовая диаграмма, показывающая влияние добавления ве в подложку 51(111) на поверхностные структуры, наблюдаемые с помощью дифракции медленных электронов в системе -0,3 МС А1 на поверхности Оех811_х.

£ 700 о.

с

£ 650

7x7

Десорбция А!

у-фаза и 0.-7x7

у-фаза и о.-7*7

Данные, полученные с помощью дифракции медленных электронов и сканирующей туннельной микроскопии, показывают, что присутствие Ое в верхнем слое 51(111) влияет на стабильность конфигураций адсорбированного А1 на поверхности 81(111). Легко заметить, что реконструкции А1Л31(111)

могут быть разделены на 2 группы. Первая группа включает в себя реконструкции, основным структурным элементом которых являются адсорбированные атомы Al (л/зхл/3 и л/7 Хл/7 ). Вторая группа включает в себя реконструкции, в которых атомы Al занимают замещающие положения на поверхности Si(lll) (у-фаза и а-7х7 фаза). Реконструкция а-7х7 отнесена во вторую группу, так как каждый магический кластер представляет собой треугольный домен двойного слоя Si-Al. В «чистой» системе Al/Si(l 11) адатом Al является более стабильным, чем Al в замещающей позиции, что обуславливает необратимый переход из фазы а-7х7 в реконструкцию л/Зх-Тз при нагреве до температуры выше 600°С. С увеличением содержания Ge в подложке Si стабильность замещающей конфигурации превышает стабильность конфигурации адатома и реконструкции второй группы (у фазы и а-7х7 фаза) преобладают над адатомоподобной реконструкцией л/з Х-\/з . Теоретические расчеты показали, что в системе Al/Si(lll) конфигурация адатома на 0,43 эВ более выгодна, чем замещающая конфигурация. Для системы Al/Ge(lll) результаты расчетов различаются не так сильно. Энергии образования обеих конфигураций оказались примерно одинаковыми с учетом точности расчета. Таким образом, в отличие от системы Al/Si(lll) конфигурация адатома в системе Al/Ge(l 11) не имеет преимуществ по сравнению с конфигурацией замещения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. При комнатной температуре миграция адатомов германия ограничена границами шестиугольных ячеек реконструкции Si(l 11)5,55x5,55-Cu. Атом германия непрерывно перемещается между доступными адсорбционными позициями и посещает от трех до шести адсорбционных позиций, расположенных над атомами Cu(Su).

2. Величина энергии активации диффузии для атома Ge на поверхности Si(l 11)5,55x5,55-Cu составляет 0,29+0,03 эВ, а частотный множитель 109±1 Гц.

3. При покрытии германия больше 0,03 MC атомы германия на поверхности Si(l 11)5,55x5,55-Cu образуют атомные кластеры: димеры, тримеры, тетрамеры и пентамеры. Расстояние между атомами германия в кластерах больше межатомного расстояния на поверхности и составляет -¿За , 2а, -Jlа. В зависимости от расстояния между атомами германия кластеры могут быть разделены на 3 основные группы: гексагональные -J3X-J3 и 2x2 кластеры, а также четырехугольные v3x2 кластеры. При покрытиях германия меньше, чем примерно 0,06 MC, наиболее распространенными являются димеры, при больших покрытиях - тримеры. При покрытиях больше покрытия насыщения, которое составляет 0,1 MC, атомы германия образуют трехмерные островки.

4. При замещении атомов подложки (кремния) атомами германия под слоем двумерного силицида меди (Si(l 11)5,55x5,55-Cu) происходит «плавный» разворот поверхностной решетки. Угол поворота элементарной ячейки зависит от локальной концентрации германия и изменяется от нуля до 30° при изменении покрытия германия от нуля до 2 МС.

5. Поверхностная реконструкция Si(l 1 l)4xl-In очень чувствительна к изменению химической природы и параметра решетки подложки. Замещение атомов кремния на поверхности Si(lll) атомами германия, имеющими близкую химическую природу, приводит к замене реконструкции Si(l 1 l)4xl-In на реконструкцию Si(l 11)7хЗ-1п. Переход полностью завершается при среднем покрытии германия, составляющем 1/3 МС, что соответствует среднему увеличению постоянной решетки примерно на 0,07%. Данные сканирующей туннельной спектроскопии однозначно указывают на то, что реконструкция Si(l 11)7хЗ-1п обладает металлическими свойствами.

6. Замещение атомов кремния на поверхности Si(lll) атомами германия приводит к изменению относительной стабильности поверхностных реконструкций, которые образуются при взаимодействии атомов А1 с поверхностью. Как на исходной подложке Si(lll), так и на модифицированной германием — GexSi|.x(lll), существуют три реконструкции: (а) массив магических кластеров (фаза а-7х7), л/Зх-у/з и V7 ХуЦ, однако на модифицированной поверхности массив магических кластеров (а-7х7) более стабилен по сравнению с реконструкцией л/ЗХл/з. На исходной поверхности Si(lll) ситуация противоположная: реконструкция л/ЗХл/з более стабильна по сравнению с а-7х7.

Список публикаций по теме диссертации (жирным шрифтом выделены публикации в журналах из перечня ВАК РФ)

1.D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, A.V. Zotov, A. A. Saranin. 4xl-to-7x3 transition in the In/GexSii.x(lll) system induced by varying substrate lattice constant. // Phys. Rev. B. — 2007. — V. 76. — P. 073307-1-073307-4.

2. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Controllable modification of surface reconstructions. // Proceedings of 16th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", Vladivostok, Russia, July 14-18, 2008, P. 163.

3.D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, Yu.V. Luniakov, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Relative stabilities of adsorbed versus

substitutional A1 atoms in submonolayer Al/SijGei.j(lll). // Phys. Rev. B. — 2008. — V. 78. — P. 165409-1-165409-7.

4. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Trapping of Ge adatoms within unit cells of the quasi-5x5-Cu reconstruction. // Proceedings of Eighth Japan - Russia Seminar on Semiconductor Surfaces (M08), October 19-23, 2008, Tohoku University, Sendai, Japan. P. 34-37.

5. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, Yu.V. Luniakov, I.A. Kuy-anov, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Influence of the Si substrate modification by Ge adtoms on the stability of Al-induced surface structures on the Si(lll) surface. // Proceedings of Eighth Japan - Russia Seminar on Semiconductor Surfaces (M019), October 19-23, 2008, Tohoku University, Sendai, Japan. P. 97-102.

6.Д.Н. Чубенко, А.В. Кириллов, И.В. Гвоздь, Д.В. Грузнев, А.В. Зотов, А.А. Саранин. СТМ исследования поведения адатомов Ge на поверхности Si(lll)-5,55x5,55-Cu. // Труды XII конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов: ПДММ'2009, 17-20 июня 2009, Владивосток.

— С. 46-50.

7. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.V. Gvozd, E.N. Chuku-rov, Yu.V. Luniakov, LA. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Diffusion and clustering of adatoms on discomensurate surface template: Ge atoms on Si(lll)"5x5"-Cu reconstruction. // Surf. Sci. — 2010. — V. 604.

— P. 666-673.

Список цитируемой литературы

[1] Ю.Б. Болховитянов, О.П. Пчеляков, JI.B. Соколов, С.И. Чикичев. Искусственные подложки GeSi для гетероэпитаксии - достижения и проблемы. // Физика и техника полупроводников. — 2003. — Т. 37. Вып. 5. — С. 513-538.

[2] F. Schaffler. High-mobility Si and Ge structures. // Semicond. Sci. Technol. — 1997. — V. 12. N. 12, —P. 1515-1549.

[3] D.J. Paul. Silicon germanium heterostructures in electronics: the present and the future. // Thin Solid Films. — 1998. — V. 321. — P. 172-180

[4] J. N. Crain, K. N. Altmann, C. Bromberger, and F. J. Himpsel. Fermi surfaces of surface states on Si.lll.-Ag, Au // Phys. Rev. B. — 2002.

— V. 66. — P. 205302-8.

[5] D. V. Gruznev, I. N. Filippov, D. A. Olyanich, D. N. Chubenko, I. A. Ku-yanov, A. A. Saranin, A. V. Zotov, and V. G. Lifshits. Si(lll) V3xV3 -Au phase modified by In adsorption: stabilization of a homogeneous surface by stress relieving // Phys. Rev. B. — 2006. — V. 73. — P. 115335-7.

[6] X. Qin, B. Swartzentruber, and M. Lagally. Diffusional Kinetics of SiGe Dimers on Si(100) Using Atom-Tracking Scanning Tunneling Microscopy // Phys. Rev. Lett. — 2000. — V. 85. — P. 3660-3663.

[7] J. Zegenhagen, E. Fontes, F. Grey, J.R. Pate I. Microscopic structure, discommensurations, and tiling of Si(l 1 l)/Cu-"5x5". // Phys. Rev. B.

— 1992. —V. 46. — P. 1860-1863.

[8] J. Zegenhagen, P. F. Lyman, M. BOhringer, and M. J. Bedzyk. Dis-commensurate Reconstructions of (lll)Si and Ge Induced by Surface Alloying with Cu, Ga and In. // Phys. Stat. Sol. (b). — 1997. — V. 204.

— P. 587-616.

[9] K. Fleischer, S. Chandola, N. Esser, W. Richter, and J. F. McGilp. Reflectance Anisotropy Spectroscopy of Si(l 1 l)-(4xl)-In. // Phys. Stat. Sol. (a). —2001. —V. 188.—P. 1411-1416.

[10] H. W. Yeom, S. Takeda, E. Rotenberg, I. Matsuda, K. Horikoshi, J. Schaefer, C. M. Lee, S. D. Kevan, T. Ohta, T. Nagao, and S. Hasegawa. Instability and charge density wave of metallic quantum chains on a silicon surface. // Phys. Rev. Lett. — 1999. — V. 82. — P. 4898-4901.

[11] Z. Zhang, Q. Fu, H. Zhang, Y. Li, Y. Yao, D. Tan, and X. Bao. Enhanced methanol dissociation on nanostructured 2D A1 overlayers. //J. Phys. Chem. —2007, —V. 111. N. 36 —P. 13524-13530.

[12] Khramtsova E.A., Zotov A.V., Saranin A.A., Ryzhkov S.V., Chub A.B., 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.

Чубенко Дмитрий Николаевич

Взаимодействие атомов ве с поверхностными реконструкциями в системе Ме/81(111)

Автореферат

Подписано к печати 25.10.2010г. Усл. п. л. 1,0 Уч.-изд. л. 0,8

Формат 60x84/16 Тираж 100 экз Заказ 33

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

Содержание.

Введение.

Глава 1. Субмонослойные реконструкции на кремнии и германии.

1.1 Основные представления о поверхностных структурах.

1.2 Атомарно чистые поверхности Si(l 11) и Ge(l 11).

1.2.1 Атомарно чистая поверхность Si(l 11).

1.2.2 Атомарно чистая поверхность Ge(l 11).

1.3 Реконструкции в системах Ge/Si(l 11), Me/Si(l 11), Me/Ge(l 11).

1.3.1 Рост Ge на Si(l 11). Формирование смачивающего слоя GexSii.x(l 11).

1.3.2 Фазы в системе In/Si(l 11) и In/Ge(l 11).

1.3.3 Фазы в системе Al/Si(l 11) и Al/Ge(l 11).

1.3.4 Фазы в системе Cu/Si(l 11) и Cu/Ge(l 11).

Выводы по главе.

Глава 2. Экспериментальная установка и методы исследования.

2.1 Экспериментальная установка.

2.2 Методы исследования.

2.2.1 Сканирующая туннельная микроскопия.

2.2.2 Сканирующая туннельная спектроскопия.

2.2.3 Дифракция медленных электронов.

2.3 Экспериментальные методики.

2.3.1 Приготовление атомарно-чистой поверхности Si(l 11).

2.3.2 Калибровка температуры образца.

2.3.3 Калибровка скорости напыления адсорбата.

2.3.4 Приготовление СТМ игл.

Выводы по главе.

Глава 3. Поведение и взаимодействие атомов Ge на поверхности Si(l 11)5,55x5,55-Cu.

3.1 Взаимодействие атомов Ge при комнатной температуре с поверхностью Si(l 11)5,55x5,55-Cu.

3.2 Формирование кластеров атомов Ge на поверхности Si(l 11)5,55x5,55-Cu

3.3 Влияние адсорбции Ge на структуру и свойства реконструкции

Si(l 11)5,55x5,55-Cu при повышенных температурах.

Выводы по главе.

Глава 4. Стабильность реконструкции Si(l 11)4x1 -In при формировании слоя GexSii-x.

4.1 Модификация поверхностной реконструкции Si(lll)4xl-In созданием гомогенного сплава GexSiix.

4.2 Структурные особенности реконструкции GexSii-x(l 11)7хЗ-1п.

Выводы по главе.

Глава 5. Изменение температурной стабильности реконструкций в системе Al/Si(l 11) при формировании приповерхностного слоя SixGe(iX).

5.1 Повышение температуры перехода массива магических кластеров А1 в реконструкцию Si(lll)V3 х л/3 -А1.

5.2 Обратный переход из реконструкции л/3 л/3 -А1 в массив магических кластеров.

Выводы по главе.

Актуальность работы. В последние годы в электронной промышленности усилился интерес к гетероструктурам Ge^Sii-*, выращенным на подложках кремния. Такие системы, обладающие новыми физико-химическими свойствами и получившие название «искусственные подложки» [1], позволяют существенно улучшить свойства приборов, которые традиционно изготавливаются на подложках кремния [2, 3]. Появляется возможность использования подобных гетероструктур в качестве искусственных подложек для роста GaAs, что может в будущем привести к совмещению приборов, создаваемых на основе кремниевой технологии, с оптоэлектронными приборами, основным материалом для которых является GaAs. Уже разработаны полупроводниковые устройства, использующие напряженные слои GeSi. Например, в 2006 году фирма IBM сообщила об успешной разработке транзистора, способного работать на частоте 500 ГГц, что примерно в 100 раз превышает максимальные показатели полупроводниковых приборов, применяемых сейчас в массовом производстве микросхем. Таким образом, слои твердого раствора GeSi приобретают очевидную актуальность и практическую значимость. Тем не менее, свойства поверхности таких слоев пока практически не изучены, несмотря на то, что усиливающаяся тенденция миниатюризации полупроводниковых приборов приводит к все возрастающей роли структуры поверхностей полупроводников при создании на них электронных, оптических и т.п. устройств. На сегодняшний день известно более 300 поверхностных реконструкций на кремнии и около 100 на германии, но реконструкции, формирующиеся на поверхности гетерослоя GeSi практически неизвестны.

С другой стороны, изучение формирования атомных реконструкций на поверхности Ge^Sij-j/Si позволит лучше понять процессы на поверхности твердых тел. Действительно, вопрос о том, какой специфический параметр подложки и слоя адсорбата контролирует структуру и свойства получаемой реконструкции, всё еще представляет интерес. Нахождение ответа на этот вопрос открывает возможность контролируемой модификации реконструкций в нужном направлении, получение структур с заданными свойствами. В настоящее время принято считать, что образование реконструкций на поверхности твердых тел в основном есть результат взаимодействия двух процессов: уменьшение числа свободных (ненасыщенных) связей, обусловленное перегруппировкой атомов на поверхности (это приводит к уменьшению поверхностной энергии);

- увеличение поверхностного напряжения вызванного заменой атомов (это приводит к увеличению поверхностной энергии).

Одним из путей модификации структуры и свойств поверхностной реконструкции является добавление атомов другого адсорбата, что влияет на оба процесса. Например, добавление атомов Аи в поверхностную реконструкцию 81(111)л/з х л/з - приводит к изменению электронных свойств поверхности [4, 5], добавление атомов 1п в 8К111)л/з хл/3 — Аи приводит к «плавлению» доменных стенок [6], в то время как добавление атомов А1 на такую же поверхность вызывает появление новых реконструкций Зл/ЗхЗл/з и 2x2 и т. п. С другой стороны, изменение механического напряжения поверхности также может приводить к значительным изменениям структуры и свойств поверхностных реконструкций. В этом плане замена верхнего поверхностного слоя подложки Б! на слой Ое^и-д;, для которого свойственно незначительное увеличение постоянной решетки, предоставляет большие возможности для модификации поверхностных реконструкций, что является важным этапом в поиске методов синтеза структур пониженной размерности с заданными свойствами.

Кроме того, отдельный интерес представляет и обратная задача, т.е. исследование поведения отдельных атомов ве на поверхностях Метал л/81(111). Это направление актуально, прежде всего, с точки зрения изучения процессов «самосборки» наноструктур на поверхности кремния. Действительно, диффузия атомов по поверхности играет большую роль в таких процессах, как рост тонких пленок, формирование наноструктур и т.п. Исследование этих процессов методами, позволяющими проследить движение отдельного атома, позволяет глубже понять процессы формирования и роста структур на кремнии. Известно, что потенциальный рельеф поверхности может диктовать некоторые особенности при движении атомов адсорбата. В ряде случаев это приводит к формированию упорядоченных массивов идентичных нанообъектов, так называемых «магических кластеров». Однако, в настоящее время исследования такого рода ограничены преимущественно реконструкцией 81(111)7x7. Модификация поверхности кремния реконструкциями металл/кремний позволит существенно расширить спектр структур, получаемых при помощи наноразмерных шаблонов.

Всё вышесказанное определило актуальность и цели данной работы.

Цель диссертационной работы: исследовать влияние модификации приповерхностного слоя подложки 81(111) на процессы формирования, структуры и свойства поверхностных реконструкций.

Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Исследовать поведение атомов ве на поверхностной реконструкции 81(111)5,55x5,55-Си, а также изменение структуры несоразмерной фазы 81(111)5,55x5,55-Си при формировании твердого раствора Оех811-х.

2. Исследовать изменение кристаллической структуры поверхностной реконструкции 81(111)4x1-1п при формировании в приповерхностном слое твердого раствора Оех811.х.

3. Исследовать изменение физических свойств реконструкций в системе А1/81(111) при формировании в приповерхностном слое твердого раствора Сех811-х.

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

1. Получены массивы нанокластеров германия и определена величина потенциального барьера на доменных стенках элементарных ячеек реконструкции 81(111)5,55x5,55-Си.

2. Экспериментально обнаружен переход реконструкции 4x1 в реконструкцию 7x3 в системе 1п/81(111) при формировании в приповерхностном слое твердого раствора Оех8м.х.

3. Показана возможность изменения относительной температурной стабильности реконструкций в системе А1/81(111) путем создания слоя твердого раствора Оех811.х в приповерхностном слое.

Практическая значимость исследования. В ходе выполения диссертационной работы показана возможность изменения температурной стабильности наноструктур, что может быть использовано для улучшения характеристик нанокатализаторов на основе магических кластеров А1. Предложена методика анализа однородности твердого раствора Ое^м-х на поверхности 81(111) по локальной ориентации элементарных ячеек реконструкции 81(111)5,55x5,55-Си.

Основные защищаемые положения.

1. Величина диффузионного барьера между ячейками реконструкции 81(111)5,55x5,55-Си для атома йе составляет 0,29±0,03 эВ. Атомы ве на поверхностной реконструкции 81(111)5,55x5,55-Си формируют кластеры трех типов: гексагональные л/3 х -у/з и 2x2 кластеры, а также четырехугольные л/3 х 2 кластеры.

3. Модификация поверхности Si(lll) формированием в приповерхностной области твердого раствора GexSiix вызывает переход поверхностной реконструкции Si(lll)4xl-In в реконструкцию 7x3.

4. Поверхностная реконструкция а-7х7 в системе A.l/GexSiix(l 11) имеет увеличенную температурную стабильность и существует вплоть до температуры десорбции А1 (800°С), в отличие от системы Al/Si(lll) в которой она существует до температуры 600°С, после чего необратимо переходит в реконструкцию Si(l 11) л/з х у/з -А1.

5. Модификация поверхности Si(lll) изменяет предпочтительные адсорбционные позиции для атома А1 с позиции «адатома» на замещающую позицию.

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

X, XI, XII Региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов. ИАПУ ДВО РАН, Владивосток. 2006-2009;

7-ой региональная научная конференция «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование» -7, 2007, г. Владивосток;

The Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces, 2006, 2008; Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, ДВГУ, 2006, г. Владивосток;

The Eight Japan-Russia Seminar on Semiconductor Surfaces, 2008, Sendai. 16th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", Vladivostok, Russia, July 14-18, 2008

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертационной работы опубликовано 7 статей, в том числе 3 входящих в Перечень ВАК РФ (выделены жирным шрифтом):

1.D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, A.V. Zotov,A.A. Saranin. 4xl-to-7x3 transition in the In/GexSii.x(lll) system induced by varying substrate lattice constant. // Phys. Rev. B. — 2007. — V. 76. — P. 073307-1-073307-4.

2. D. V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.A. Kuyanov, A. V. Zotov, A.A. Saranin. th

Controllable modification of surface reconstructions. // Proceedings of 16 International

Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", Vladivostok, Russia, July 14-18, 2008, P. 163.

3. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, Yu.V. Luniakov, L.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Relative stabilities of adsorbed versus substitutional A1 atoms in submonolayer Al/SixGex.xClll). // Phys. Rev. B. — 2008. — V. 78. — P. 165409-1-165409-7.

4. D. V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, A. V. Zotov, A A. Saranin. Trapping of Ge adatoms within unit cells of the quasi-5x5-Cu reconstruction. // Proceedings of Eighth Japan - Russia .Seminar on Semiconductor Surfaces (M08), October 19-23, 2008, Tohoku University, Sendai, Japan. —P. 34-37.

5. D. V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, Yu. V. Luniakov, I.A. Kuyanov, A. V. Zotov, A.A. Saranin. Influence of the Si substrate modification by Ge adtoms on the stability of Al-induced surface structures on the Si(lll) surface: // Proceedings of Eighth Japan - Russia Seminar on Semiconductor Surfaces (M019), October 19-23, 2008, Tohoku University, Sendai, Japan. —P. 97-102.

6.Д.Н. Чубенко, A.B. Кириллов, И.В. Гвоздь, Д.В. Грузнев, A.B. Зотов, A.A. Сарапии. CTM исследования поведения адатомов Ge на поверхности Si(ll'l)-5,55x5,55-Cu. // Труды XII конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов: ПДММ'2009, 17—20 июня 2009, Владивосток. — С. 46-50.

7. D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, L.V. Gvozd, E.N. Chukurov, Yu.V. Luniakov, L.A. Kuyanov, A. V. Zotov, A.A. Saranin. Diffusion and clustering of adatoms on discomensurate-surface template: Ge atoms, on Si(lll)"5x5"-Cu reconstruction. // Surf. Sci. — 2010. — V. 604. — P. 666-673.

Личный вклад автора заключается в подготовке и проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных, и интерпретации полученных результатов. Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Работа соавторов1 заключалась в следующем: член. корр. PAIT Саранин А.А. является научным руководителем диссертанта, д.ф.-м.н. Зотов А.В. и* к.ф.-м.н. Грузнев Д.В. участвовали в обсуждении результатов. Теоретические расчеты для атомных структур, использованных в экспериментах, были выполнены д.ф.-м.н. Куяновым И.А., к.ф.-м.н. Луняковым Ю.В., Чукуровым E.H. В работе также участвовали к.ф.-м.н. Гвоздь И.В., к.ф.-м.н. Олянич Д.А. Техническое обеспечение СВВ установки производилось к.ф.-м.н. Чурусовым Б.К. и гл. инж. констр. Каменевым А.Н.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 131 страницу, включая 68 рисунков и список литературы из 164 наименований.

Общие выводы

1. При комнатной температуре, миграция адатомов германия ограничена границами шестиугольных ячеек реконструкции 81(111)5,55*5,55-Си. Атом германия непрерывно перемещается между доступными адсорбционными позициями и посещает от трех до шести адсорбционных позиций, расположенных над атомами Си(8и).

2. Величина энергии активации диффузии для атома Се на поверхности 81(111)5,55x5,55-Си, составляет 0,29±0,03 оВ, а частотный множитель Ю911 Гц.

3. При покрытии германия больше 0,03 МС атомы германия на поверхности 81(111)5,55x5,55-Си образуют атомные кластеры: димеры, тримеры, тетрамеры и пентамеры. Расстояние между атомами германия в кластерах больше межатомного расстояния на поверхности и составляет л/За, 2а, 41а. В зависимости от расстояния между атомами германия кластеры могут быть разделены на 3 основные группы: гексагональные -у/Зх-х/з и 2x2 кластеры, а также четырехугольные а/3 х 2 кластеры. При покрытиях германия меньше, чем примерно 0,06 МС наиболее распространенными являются димеры, при больших покрытиях — тримеры. При покрытиях больше покрытия насыщения, которое составляет 0,1 МС, атомы германия образуют трехмерные островки.

4. При замещении атомов подложки (кремния) атомами германия в слое двумерного силицида меди (81(111)5,55x5,55-Си) происходит «плавный» разворот поверхностной решетки. Угол поворота решетки зависит от средней локальной концентрации атомов германия и изменяется от нуля до 30° при изменении концентрации германия от нуля до насыщающего.

5. Поверхностная реконструкция 81(111)4х1-1п очень чувствительна к изменению химической природы и параметра решетки подложки. Замещение атомов кремния на поверхности 81(111) атомами германия, имеющими близкую химическую природу, приводит к замене реконструкции 81(111)4х1-1п на реконструкцию 81(111)7хЗ-1п. Переход полностью завершается при среднем покрытии германия, составляющем 1/3 МС, что соответствует среднему увеличению постоянной решетки примерно на 0,07%. Данные сканирующей туннельной спектроскопии однозначно указывают на то, что реконструкция Э1(111)7хЗ-1п обладает металлическими свойствами.

6. Замещение атомов кремния на поверхности 81(111) атомами германия приводит к изменению относительной стабильности поверхностных реконструкций, которые образуются при взаимодействии атомов А1 с поверхностью. Как на исходной подложке 81(111), так и на модифицированной германием — Оех811х(111), существуют три реконструкции: (а) массив магических кластеров (фаза а- 7x7), л/ЗхТз и л/7хл/7, однако, на модифицированной поверхности массив магических кластеров (а-7х7) более стабилен по сравнению с реконструкцией л/Зхл/э . На исходной поверхности 81(111) ситуация противоположная: реконструкция л/3 X л/3 более стабильна по сравнению с а-7x7.

1. Ю.Б. Болховитянов, О.П. Пчеляков, JJ.B. Соколов, С.И. Чикичев. Искусственные подложки GeSi для гетероэпитаксии — достижения и проблемы. // Физика и техника полупроводников. — 2003. — Т. 37. Вып. 5. — С. 513—538.

2. F. Schaffler. High-mobility Si and Ge structures. // Semicond. Sci. Technol. — 1997. — V. 12. N. 12. —P. 1515-1549.

3. D.J. Paul. Silicon germanium heterostructures in electronics: the present and the future. // Thin Solid Films. — 1998. — V. 321. — P. 172-180

4. J. N. Crain, K. N. Altmann, C. Bromberger, and F. J. Himpsel. Fermi surfaces of surface states on Si.lll.-Ag, Au //Phys. Rev. B. — 2002. — V. 66,— P. 205302-1-205302-8.

5. C. Liu, I. Matsuda, R. Hobara, and S. Hasegawa. Interaction between Adatom-Induced Localized States and a Quasi-Two-Dimensional Electron Gas. // Phys. Rev. Lett. — 2006. — V. 96. — P. 036803-1-036803-4.

6. Lifshits V.G., Saranin A.A., Zotov A.V. Surface Phases on Silicon. // Chichester: Wiley. —1994, —P. 450.

7. 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.

8. Duke CB. The amazing story of semiconductor surface structures. // Progr. Surf. Sci. —1995. —V. 50. —P. 31-43.

9. Oura K. Lifshits V. G., Saranin A. A., Zotov A. V., Katayama M. Surface Science. An Introduction. Berlin, Heidelberg. // Springer-Verlag. — 2003. — P. 440.

10. 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.

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

12. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. // Москва: Мир. — 1989. — с. 564.

13. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. // Москва: Наука. — 1978.- с.

14. Qian G.-X., Chadi D.J. Si(lll) —7x7 surface: Energy-minimization calculation for the dimer-adatom-stacking-fault model. // Phys. Rev. B. 1987. — V. 35, N. 3. — P. 12881293.

15. Robinson I.K., Vlieg E. X-ray reflectivity study of the Si(l 11)7x7 surface. // Surf. Sci. — 1992. — V.261. — P123-128.

16. Horio Y„ Ichimiya A. Kinematical analysis of RHEED intensities from the Si(l 11)7x7 surface.//Surf. Sci. — 1989. —V. 219, N 1,2. —P. 128-142.

17. TongS. Y., Huang n, Wet CM., Packard W.E., Men F.K., Glander G.S., Webb M.B. Low-energy electron diffraction analisys of the Si(l 11)7x7 structure. // J. Vac. Sci. Technol. A.1988. —V. 6, N. 3. — P. 615-624.

18. Takdyanagi K., Tanishiro Y., Takahashi S., Takahashi M. Structure analysis of — 7x7 reconstructed surface by transmission electron diffraction. // Surf. Sci. — 1985. — V. 164.1. P. 367-392.

19. Harrison W.A. Surface reconstruction on semiconductors. // Surf. Sci. ■— 1976. — V. 55, N. 1. —P. 1-19.

20. Bennett P.A., Feldman L.C., Kuk Y., McRae E.G., Rowe J.E. Stacking-fault model for the Si(l 1 1)-(7x7) surface. // Phys. Rev. B. — 1983. — V. 28, N. 6. — P. 3656-3659.

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

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

23. Binning G., Rohrer H., Gerber Ch., Weibel E. (7x7) reconstruction on Si(lll) resolved in real space. // Phys. Rev. Lett. — 1983. —V.50, N.2. — P.120-123.

24. Himpsel F.J Structural model for Si(l 1 l)-(7x7). // Phys. Rev. B. — 1983. — V. 27, N. 12. —P. 7782-7785.

25. McRae E.G. Surface stacking sequence and (7x7) reconstruction at Si(l 11) surfaces. // Phys. Rev. B. — 1983. — V. 28, N. 4. — P. 2305-2307.

26. Voigtlander B. Fundamental processed in Si/Si and Ge/Si epitaxy studied by scanning tunneling microscopy during growth. // Surf. Sci. reports. — 2001. ■— V. 43. —P. 127254.

27. Z. H. Qin, D. X. Shi, H. F. Ma, and H.-J. Gao. STM observation and first-principles determination of Ge nanoscale structures on Si(l 11). // Phys. Rev. B. — 2007. — V. 75. — P. 085313-1-085313-5.

28. N. Motta, A. Sgarlata. STM studies of Ge-Si thin layers epitaxially grown on Si(lll). //Appl. Surf. Sci. —1996. —V. 102, —P. 57-61.'

29. Актов В.Б., Заводинский В.Г., Лифшиц В.Г., Чурусов Б.К. Тонкие пленки In на поверхности Si(l 11).// Поверхность. — 1986. — № 6. — с. 54-60.

30. J. J. Lander and J. Morrison. Surface reactions of silicon with aluminum and with indium. II Surf. Sci. — 1964 — V. 2. — P. 553-565.

31. J. J. Lander and J. Morrison. Surface Reactions of Silicon (111) with Aluminum and Indium. // J. Appl. Phys. — 1965. — V. 36. — P. 1706.

32. T. Aiyama and S. Ino. RHEED Observation of the Si(lll)W31xV31-(R30°)-In Structure. // Surf. Sci. — 1979. — V. 82. — P. 585-L588.

33. S. Baba, M. Kawaji and A. Kinbara. Isothermal desorption of indium from V31-In and V33-In on Silicon (111) surfaces. // Surf. Sci. — 1979. — V. 85. — P. 29.

34. M. Kawaji, S. Baba and A. Kinbara. Superstructures of submonolayer Indium films on Silicon(l 11) surfaces. // Appl. Phys. Lett. — 1979 — V. 34. — P. 748.

35. S. Baba, Jun Ming Zhou and A. Kinbara. Superstructures and growth properties of indium deposits on silicon (111) surfaces with its influence on surface electrical conduction. // Japan J. Appl. Phys. — 1980. — V. 19. — P. 571.

36. S. Baba, H. Hirayama, J. M. Zhou and A. Kinbara. Adatoms Of Indium On Si(lll) Surfaces Application Of Reflection High-Energy Electron- Diffraction To Desorption Experiments // Thin Solid Films. — 1982. — V. 90. — P. 57.

37. H. Hirayama, S. Baba and A. Kinbara. Electron energy loss spectra of In/Si(lll) superstructures. // Japan J. Appl. Phys. — 1986. — V. 25. — L452-L454.

38. H. Hirayama, S. Baba and A. Kinbara. Electron energy loss measurements of In/Si(l 11) superstructures: Correlation of the spectra with surface superstructures. // Appl. Surf. Sci. — 1988.—V. 33-34, —P. 193.

39. J. Nogami, Sang-il Park, and C. F. Quate. Indium-induced reconstructions of the Si(lll) surface studied by scanning tunneling microscopy. //Phys. Rev. В . — 1987. — V. 36. — P. 6221-6224.

40. J. Nogami, Sang-il Park, and C. F. Quale. Behavior of indium on the Si(l 11)7x7 surface at low metal coverage. // J. Vac. Sci. Technol. B. — 1988. — V. 6. —P. 1479.

41. S. Park, J. Nogami and C. F. Quate. Metal-induced reconstructions of the silicon(l 11) surface. // J. Microscopy. — 1988. — V. 152. — P. 727-734.

42. Бехтерева O.B., Гаврилюк Ю.Л., Лифшиц В.Г., Чурусов Б.К. Формирование поверхнстных фаз и их проявление в процессах диффузии и десорбции в системе In-Si. // Поверхность. — 1988. — № 8. — С. 54-60.

43. D. М. Cornells on, М. S. Worthington and I. S. Т. Tsong. Si(lll)-(4xl)In surface reconstruction studied by impact-collision ion-scattering spectrometry. // Phys. Rev. B. — 1991.1. V. 43. P. 4051-4056.

44. N. Nakamura, К Anno and S. Kono. Structure analysis of the single-domain Si(l 11)4 x 1-In surface by ц-probe Auger electron diffraction and |j.-probe reflection high energy electron diffraction. // Surf. Sci. — 1991. — V. 256. — P. 129-134.

45. Abukawa Т., Sasaki M., Hisamatsu F., Goto Т., Kinoshita Т., Kakizaki A., Kono S. Surface electronic structure of a single-domain Si(l 11)4x1-In surface: a synchrotron radiation photoemission study. // Surf. Sci. — 1995. — V. 325, N 1-2. — P. 33.

46. Saranin A.A., Zotov A.V., Ignatovich K.V., Lifshits V.G., Numata Т., Kubo O., Tani H., Katayama M., Oura K. New structural model for the Si(lll)4xl-In reconstruction. // Appl. Surf. Sci. — 1998. — Vol. 130-132. — P. 96

47. M. Bohringer and J. Zegenhagen. Unidirectional and isotropic strain relief in striped and hexagonal phases of Ge(l 1 l):In. I I Surf. Sci. — 1995. — V. 327. — P. 248-260.

48. T. Ichikawa. RHEED Study of In-Induced Superstructures on Ge(lll) Surfaces. // Surf. Sci. —1981. —V. 111. —P. 227.

49. J. Zegenhagen, P. F. Lyman, M. В ohringer, and M. J. Bedzyk. Discommensurate Reconstructions of (lll)Si and Ge Induced by Surface Alloying with Cu, Ga and In. // Phys.

50. Stat. Sol. (b). — 1997.— V. 204. — P. 587.

51. Z. Gai, R. G. Zhao, Y. He, H. Ji, С. Ни, and W. S. Yang. Chemisorption of group-Ill metals on the (111) surface of group-IV semiconductors: In/Ge(l 11). // Phys. Rev. В. — V. 53.1. P. 1539-1547.

52. C. A. Sebenne. Initial steps of metal-silicon interface formation. // Proc. 17th Int. Conf. Phys. Semic. — 1985. — P. 143.

53. P. Chen, D. Bolmont and C. A. Sebenne. Adsorption of Al on cleaved Si (111) at room temperature. // J. Phys. C. — 1984,— V. 17. — P. 4897.

54. A. W. Parke, A. McKinley, R. H. Williams and G. P. Srivastava. The electronic structure of cleaved silicon (111) surfaces following adsorption of aluminium // J. Phys. C. —1980, — V. 13, — P. L369.

55. K. L. I. Kobayashi, F. Gerken, J. Barth and C. Kunz. Angle-resolved ultraviolet-photoelectron-spectroscopy study of the Si(l 11)V3><V3-A1 surface. // Solid State Commun. —1981, —V. 39, —P. 851.

56. W. S. Yang, S. C. Wu and F. Jona. Structural reactions of Si{lll}7 x 7 with metals // Surf. Sei. — 1986. — V. 169. — P. 383-393.

57. Khramtsova E.A., Zotov A.V., Saranin A.A., Ryzhkov S.V., Chub A.B., Lifshits KG. Growth of extra-thin ordered aluminum films on Si(l 11) surface. // Appl. Surf. Sei. — 1994. — V. 82/83, N. 1-4. — P. 576-582.

58. R. J. Hamers. Effects of coverage on the geometry and electronic structure of Al overlayersonSi(lll).//Phys. Rev. B.— 1989. —V.40. —P. 1657-1671.

59. R. Q. Hwang, E. D. Williams and R. L. Park. Thermal disordering of the (V3xV3)R30° structure of Al on Si(l 11). // Surf. Sei. — 1988,—V. 193. —P. L53-L57.

60. K Nishikata, K. Murakami, M. Yoshimura and A. Kawazu Structural studies of Al/Si(l 11) surfaces by LEED. // Surf. Sei. — 1992. — V. 269-270. P. 995-999.

61. T. Kinoshita, S. Kono and T. Sagawa. Angle-resolved ultraviolet-photoelectron-spectroscopy study of the Si(lll)V3xV3-Al surface. // Phys. Rev. B. — 1985. — V. 32. — P. 2714-2716.

62. R. I. G. Uhr berg, G. V. Hansson, J. M. Nicholls, P. E. S. Persson and S. A. Flodstrom. Photoemission study of the surface and bulk electronic structures of Si(l 11)7x7 and Si(lll) V3xV3:Al. //Phys. Rev. B. — 1985. —V. 31. — P. 3805-3810.

63. T. Kinoshita, S. Kono and T. Sagawa. Comparative study of the Si(lll) V3xV3-Ga and -Al surfaces by angle-resolved ultraviolet photoelectron spectroscopy. // Solid State Commun. — 1985. — V. 56. — P. 681-685.

64. R. J. Hamers and J. E. Demuth. Atomic structure and bonding of Si(l 11) (V3xV3)Al. // J. Vac. Sei. Technol. A. — 1988. — V. 6. —P. 512.

65. T. Takaoka, M. Yoshimura, T. Yao, T. Sato, T. Sueyoshi and M. Iwatsuki. Atomistic study of the formation process of Ni silicide on the Si(l 11)-7><7 surface with scanning tunneling microscopy//Mat. Res. Soc. Simp. Proc. —1993. — V. 295. — P. 59.

66. H. Huang, S. Y. Tong, W. S. Yang, H. D. Shih and F. Jona. Atomic structure of Si(lll)-(V3 x a/3 )R30°-A1 studied by dynamical low-energy electron diffraction. // Phys. Rev. B. — 1990. — V. 42. — P. 7483-7486.

67. J! M. Nicholls, B. Reihl and J. E. Northrup. Unoccupied surface states revealing the Si(lll)V3 V3 -Al, -Ga, and -In adatom geometries. // Phys. Rev. B. — 1987. — V. 35. — P. 4137-4140.

68. J. E. Northrup. Si(l 11)V3>W3-A1: An Adatom-Induced Reconstruction. // Phys. Rev. Lett. — 1984. — V. 53. — P. 683-686.

69. H. Tsuge, M. Aral and T. Fugiwara. Atomic Structure of Si(l 11)-V3 x a/3/¿30 -Al Studied by First Principle Molecular Dynamics// Japan J. Appl. Phys. — 1991. — V. 30. — P. L1583-L1585.

70. Zotov A.V., Khramtsova E.A., Ryzhkov S.V., Saranin A.A., Chub A.B., Lifshits V.G. LEED-AES reexamination of the Al/Si(l 11) "y-phase". // Surf. Sci. — 1994. — V. 316, N. 1-2. — P. L1034-L1038.

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

72. Yoshimura M., Takaoka K., Yao T., Sueyoshi T., Sato T., Iwatsuki M. Scanning tunneling microscopy observation of Al-induced reconstructions of the Si(l 11) surface: Growth dynamics. // J. Vac. Sci. Technol. B. — 1994. — V. 12, N. 4. — P. 2434-2436.

73. Michely T., Reuter M.C., Tromp R.M. Al on Si(lll): Phase diagram and atomic mechanisms. // Phys. Rev. B. — 1996. — V. 53, N. 7. — P. 4105-4108.

74. Grôger R., von Blanckenhagen P. Phase transitions in ultrathin Al films on Si(l 1 l)surfaces. // Thin Solid Films. — 1996. — V. 281-282, N. 1-4. — P. 73-75.

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

76. J. R. Chelikowsky. Electronic structure of Al chemisorbed on the Si (111) surface. // Phys. Rev. B. — 1977. — V. 16. — P. 3618-3627.

77. 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. 239243.

78. A.A. Saranin , KG. Kotlyar , A. V. Zotov T.K Kasyanova, M.A. Cherevik , KG. Lifshits. Structure of domain walls in Al/Si(l 11) y-phase // Surf. Sci. — 2002. — V. 517. — P. 151-156.

79. Kotlyar V.G., Zotov A.K, Saranin A. A., Kasyanova T.K, Cherevik M.A., Pisarenko I. V., and Lifshits KG. Formation of the ordered array of A1 magic clusters on Si(l 11)7x7. // Phys.Rev. B — 2002. — V. 66. P. 165401-4.

80. 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.

81. 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. // Phys. Rev. B —2002, —V. 66, N. 16. —P. 165412-10

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

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

84. Li J.L., Jia J.F., LiangX. 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 I I Phys. Rev. Lett. — 2002. — V. 88, N. 6, — P. 066101^.

85. W.S. Yang, F. Jona. Atomic structure of Ge{lll} and reactions with Al. // Solid State Communications. — 1982. — V. 42. N. 1. — P.49-53.

86. F. Ringeisen, J. Derrien, E. Daugy, J. M. Layet, P. Mathiez and F. Salvan. Formation and properties of the copper silicon(lll) interface. // J. Vac. Sci. Technol. B. — 1983, —V. 1. — P. 546.

87. St. Tosch and H. Neddermeyer. Nucleation and growth of Cu and Ag on Si(l 11)7x7. // J. Microscopy. — 1988. — V. 152. — P. 415.

88. St. Tosch and H. Neddermeyer. Nucleation of Cu on Si(l 11)7x7 and atomic structure of the Cu/Si(l 11) interface. // Surf. Sci. — 1989. — V. 211-212. — P. 133-142.

89. T. Yasue, T. Koshikawa, H. Tanaka and I. Sumita. Initial stage of Cu growth on Si(l 11)7x7 surface studied by scanning tunneling microscopy. //Surf. Sci. — 1993. — V. 287288, —P. 1025-1029.

90. S. A. Chambers, G. A. Howell, T. R. Greenlee and J. H. Weaver. Characterization of intermixing at metal-semiconductor interfaces by angle-resolved Auger-electron emission: Cu/Si(lll)-7*7. // Phys. Rev. B. — 1985. — V. 31. — P. 6402-6410.

91. M. Hanbucken, G. Le Lay and V. Vlassov. Study of intermixing of noble metals/Si(100) and Si(lll) interfaces at LNT, RT and HT. // 18th Int. Conf. Phys. Semiconduc. — 1987. — V. 1. — P. 347-350.

92. S. A. Chambers, T. R. Greenlee, G. A. Howell and J. H. Weaver. Quantitative interdiffusion studies of noble metal/Si(l 11) 7x7 interfaces by angle - resolved Auger electron emission. //J. Vac. Sci. Technol. A. — 1985. —V. 3. — P. 1291.

93. T. Yasue, C. Park, T. Koshikawa and Y. Kido. Structure and concentration analysis of Cu/Si(l 11) at room temperature with medium energy ion scattering. // Appl. Surf. Sci. — 1993. —V. 70-71, —P. 428-432.

94. M. Mundschau, E. Bauer, W. Telieps and W. Swiech. Initial epitaxial growth of copper silicide on Si(lll) studied by low-energy electron microscopy and photoemission electron microscopy. // J. Appl. Phys. — 1989. — V. 65. — P. 4747.

95. S. A. Chambers and J. H. Weaver. Thermally induced structural and compositional modification of the Cu/Si(lll) 7><7 interface. // J. Vac. Sci. Technol. A. — 1985. — V. 3. — P. 1929.

96. L. Calliari, F. Marchetti and M. Sanerotti. Metastability of the Si(lll)/Cu interface: A spatially resolved Auger line-shape spectroscopy investigation. // Phys. Rev. B. — 1986. — V. 34, — P. 521-525.

97. H. Dallaporta., A. Cros. Atomic bonding at the Si-Au and Si-Cu interfaces. // Surf. Sci. — 1986. — V. 178. — P. 64-69.

98. Daugy E., Mathiez P., Salvan F., Layet J.M. 7x7 Si(lll)-Cu interfaces: combined LEED. AES and ELS measurements. // Surf. Sci. — 1985. — V. 154. — P. 267 283.

99. Calliari L., Marchetti F., Sanerotti M. Metastability of the Si(lll)Cu interface. A spatially resolved Auger line shape spectroscopy investigation. // Phys. Rev. B. — 1986. — V. 34, N. 2. —P. 521-526.

100. Dallaporta H., Cros A. Atomic bonding at the Si-Au and Si-Cu interfaces. // Surf. Sci. — 1986. — V. 178. N. 1/3. — P.64 — 69.

101. Ringeisen F., Derrien J., Daugy E., Layet J.M., Mathiez P., Salvan F. Formation and properties of the copper silicon (111) interface. // J. Vac. Sci. Technol. B. — 1983. — V. 1. N.3. —P. 546-552.

102. Wilson R.J., Chiang S., Salvan F. Examination of the Cu/Si(l 11)5x5 structure byscanning tunneling microscopy. // Phys. Rev. B. — 1988. — V. 38, N. 17. — P. 12696-12699.126

103. Mortensen K. Frustration in the Si(lll) "Pseudo 5x5"Cu structure directly observed by scanning tunneling microscopy. // Phys. Rev. Lett. — 1991. — V. 66. N. 4. — P. 461-464.

104. Chambers S.A., Anderson S.B., Weaver J.H. Atomic structure of the Cu-Si(lll) interface by high-energy core-level Auger electron diffraction. // Phys. Rev. B. — 1985. — V. 32. N. 2. —P. 581-587.

105. Chamhliss D.D., Rhodin T.N. Electronic and atomic structure of the Cu/Si(l 1 l)quasi-5x5 overlayer. // Phys. Rev. B. — 1990. — V. 42, N. 3. — P. 1671-1683.

106. Zhang Y.P., Yong K.S., Cham. H.S.O., Xu C.Q., Chen S., Wang X.S., Wee A.T.S. Quantitative analysis of Si mass transport during formation of Cu. Si(lll)-(5x5) from scanning tunneling microscopy. // Phys. Rev. B. — 2007. — V. 75, N. 7. — P. 073407-4.

107. Zegenhagen J., Forties E., Grey F., Patel J.R. Microscopic structure, discommensurations, and tiling of Si(ll l)/Cu-"5x5". // Phys. Rev. B. — 1992. V. 46, N. 3. — P. I860-1863.

108. Koshikawa T., Yasue T., Tanaka H., Sumita I., Kido Y. Surface structure of Cu Si(lll) at high temperature. // Surf. Sci. — 1995. — V. 331/333, N. 1. — P. 506- 510.

109. Kawasaki T., An T., Ito H., Ichinokawa T. Atomic structure and growth of the Cu/Si(lll)-"5x5" phase. // Surf. Sci. — 2001. —V. 187. N. 1/3. — P. 3948.

110. De Santis M., Muntwiler M., Osterwalder J., Rossi G., SirottiF., Stuck A., Schlapbach L. Electronic and atomic structure of the Cu / Si (11 l)'quasi- 5x5' over layer. // Surf. Sci. —2001, —V. 177. N. 2/3. —P. 179-190.

111. NejfH.-J., Matsuda L., Hengsberger M., Baumberger F., Greber T., Osterwalder J. High-resolution photoemission study of the discommensurate (5.55x5.55) Cu/Si(lll) surface layer. // Phys. Rev. B. — 2001. — V. 23. — P. 235115-9.

112. Zotov A. V., Gruznev D.V., Utas O.A., Kotlyar V.G., Saranin A.A. Multi-mode growth in Cu/Si(lll) system: Magic nanoclustering, layer-by-layer epitaxy and nanowire formation. // Surf. Sci. — 2008. —V. 602. N. 1. — P. 391- 398.

113. Kemmann H., Midler F., Neddermeyer H. AES. LEED and TDS studies of Cu on Si(lll)7 x 7 and Si( 100)2 x 1.//Surf. Sci. — 1987. — V. 192. N. 1. —P. 11-26.

114. Nakatani S., Kuwahara Y„ Kuramoehi H„ Ihkahashi T., Aono M. Study of thei(lll)"5x5"-Cu surface structure by X-ray diffraction and scanning tunneling microscopy. // Jpn. J. Appl. Phys. —2001. —V. 10. N. 7A. — P. L695-L697.

115. Takayanagi K, Tanishiro Y., Ishitsuka T., Akiyama K. In-situ UHV electron microscope study of metal-silicon surfaces. // Appl. Surf. Sci. — 1989. V. 41/42. — P. 337341.

116. Yasue T., Koshikawa T., Jalochowski M., Bauer E. Dynamic observations of the formation of thin Cu layers on clean and hydrogen-terminated Si(lll) surfaces. // Surf. Sci. — 2001. — V. 480. N. 3. — P. 118-127.

117. H. Kemmann, F. Muller, and H. Neddermeyer. ES, LEED and TDS studies of Cu on Si(lll)7 x 7 and Si(100)2 x 1.//Surf. Sci. — 1987.— V. 192. —P. 11-26.

118. M. Bohringer, Q. D. Jiang, R. Berndt, W. Schneider, and J. Zegenhagen. Discommensurations, Epitaxial Growth and Island Formation in Ge(lll):Cu. // Surf. Sci. — 1996. —V. 367. —P. 245.

119. Ch. Bai. Scanning tunneling microscopy and its applications. // Shanghai, Springer,2000.

120. A.J. Melmed. The art and science and other aspects of making sharp tips. // J. Vac. Sci. Technol. B. — 1991. —V. 9. — P. 601.

121. Swartzentruber B.S. Direct Measurement of Surface Diffusion Using Atom-Tracking Scanning Tunneling Microscopy. // Phys. Rev. Lett. — 1996. — V.76, N.3. — P459-462.

122. B.S. Swartzentruber, A.P. Smith, and H. Jonsson. Experimental and Theoretical Study of the Rotation of Si Ad-dimers on the Si(100) Surface. // Phys.Rev.Lett. — 1996. — V. 22, —P. 2518-2521.

123. X.R. Qin, B.S. Swartzentruber and M.G. Lagally. Diffusional kinetics of SiGe dimers on Si(100) using atom-tracking scanning tunneling microscopy. // Phys. Rev. Lett. — 2000. — V. 85. —P. 3660-3663.

124. R.L. Lo, M.S. Ho, I.S. Hwang, T.T. Tsong. Diffusion by bond hopping of hydrogen atoms on the Si(l 1 l)-7x7 surface. // Phys. Rev. B. — 1998. — V. 58. — P. 9867.

125. T. Sato, S. Kitamura, M. Iwatsuki. Surface diffusion of adsorbed Si atoms on the Si(l 11)7x7 surface studied by atom-tracking scanning tunneling microscopy. // J. Vac. Sci. Technol. A. — 2000. — V. 18. — P. 960-964.

126. P. P. Jelinek, M. Ondrejcek, J. Slezak, V. Chab. Experimental and theoretical studies of single Pb atom dynamics in one Si(lll)-(7x7) unit cell. // Surf. Sci. — 2003. — V. 544. —P. 339-347.

127. Z. Kuntova, P. Jelinek, V. Chab, Z. Chvoj. Single atom diffusion of Pb on a Si(l 1 l)-7x7 surface. // Surf. Sci. — 2004. — V. 566/568. — P. 130-136.

128. M.S. Ho, I.W. Wang, C.C. Su. Dynamics of copper atoms on Si(lll)-7x7 surfaces. // Surf. Sci. — 2007. — V. 601. — P. 3974-3978.

129. J. Osiecki, H. Kato, A. Kasuya, S. Suto. Diffusion and clustering of Ag atoms on Si(l 11)7x7 surface. // Jpn. J. Appl. Phys. — 2006. — V. 45. — P. 2056-2058.

130. I. Ostadal, P. Kocan, P. Sobotik, J. Pudl. Early stages of submonolayer growth of Ag on Si(l 11)7x7 observed by scanning tunneling microscopy. // Jpn. J. Appl. Phys. — 2006. — V. 45. P. 2170-2174.

131. M.-S. Ho, C.-C. Su, T.-T. Tsong. Dynamical Study of Single Silver Atoms on Si(l 11)-7 x7 Surfaces. // Jpn. J. Appl. Phys. — 2006. — V. 45. — P. 2382-2385.

132. K. Wang, G. Chen, C. Zhang, M.M.T. Loy, X. Xiao. Intermixing of intrabasin and interbasin diffusion of a single Ag atom on Si(l 1 l)-(7x7). // Phys. Rev. Lett. — 2008. — V. 101. — P. 266107.

133. C.M. Chang, CM. Wei. Diffusion of an adsorbed Si atom on the Si(l ll)-(7x7) surface. // Phys. Rev. B. — 2003. — V. 67. — P. 033309.

134. Y.L. Wang, A.A. Saranin, A.V. Zotov, M.Y. Lai, H.H. Chang. Random and ordered arrays of surface magic clusters. // Internation. Rev. Phys. Chem. — 2008. — V. 27. — P. 317360.

135. D.A. Tsukanov, M.V. Ryzhkova, D.V. Gruznev, O.A. Utas, KG. Kotlyar, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Self-assembly of conductive Cu nanowires on Si(lll)"5x5"-Cu surface. // Nanotechnology. — 2008. — V. 19. — P. 245608.

136. H. Brune, M. Giovannini, K. Bromann, K. Kern. Self-organized growth of nanostructure arrays on strain-relief patterns. // Nature. — 1998. — V. 394. — P. 451.

137. J.E. Demuth, U.K. Koehler, RJ. Hamers, P. Kaplan, Phys. Rev. Lett. 62 (1989)641.

138. J. Zegenhagen, E. Fontes, F. Grey, J.R. Pat el. Microscopic structure, discommensurations, and tiling of Si(lll)/Cu-"5x5". // Phys. Rev. B. — 1992. — V. 46. — P. 1860.

139. M. Kawamura, N. Paul, V. Cherepanov, and B. Koigtlander. Nanowires and nanorings at the atomic level. // Phys. Rev.Lett. — 2003. — V. 91. — P. 096102.

140. Gruznev D.V. Olyanich D.A., Chubenko D.N., Saranin A.A., ZotovA.V. 4x1 to 7x3 transition in the In/Ge^Sii-x(l 11) system induced by varying the substrate lattice constant. // Phys. Rev. B. — 2007. — V. 76. — P. 073307.

141. K. Fleischer, S. Chandola, N. Esser, W. Richter, and J. F. McGilp. Reflectance anisotropy spectroscopy of Si(l 1 l)-(4xl)-In. // Phys. Status Solidi A. — 2001. — V. 188. — P 1411-1416.

142. J. R. Ahn, J. H. Byun, H. Koh, E. Rotenberg, S. D. Kevan, and H. W. Yeom. Mechanism of gap opening in a triple-band Peierls system: In atomic wires on Si. // Phys. Rev. Lett. — 2004. — V. 93. — P. 106401.

143. J. H. Cho, J. Y. Lee, and L. Kleinman. Electronic structure of one-dimensional indium chains on Si(ll 1). // Phys. Rev. B. — 2005. — V. 71, —P. 81310.

144. S. J. Park, H. W. Yeom, J. R. Ahn, and I. W. Lyo. Atomic-scale coexistence and fluctuation at the quasi-one-dimensional metal-insulator transition. // Phys. Rev. Lett. — 2005. — V. 95. —P. 126102.

145. J. Guo, G. Lee, and E. W. Plummer. Intertwinned electronic and structural phase transitions in the In/Si(l 11) interface. // Phys. Rev. Lett. — 2005. — V. 95. — P. 46102.

146. G. Lee, J. Guo, and E. W. Plummer. Real-space observation of nanoscale inhomogeneities and fluctuations in a phase transition of a surfacce quasi-one-dimensional system: In/Si(l 11). // Phys. Rev. Lett. — 2005. — V. 95. — P. 116103.

147. C. González, F. Flores, and J. Ortega. Soft phonon, dynamical fluctuations, and a reversible phase transition: Indium chains on silicon. // Phys. Rev. Lett. —2006. — V. 96. — P. 136101.

148. J. L. Marser and M. Y. Chou. Energetics of the Si(ll 1) and Ge(l 11) surfaces and the effect of strain. // Phys. Rev. B. — 1993. — V. 48. — P. 5374-5385.

149. Z. Zhang, Q. Fu, H. Zhang, Y. Li, Y. Yao, D. Tan, andX. Bao. Enhanced methanol dissociation on nanostructured 2D A1 overlayers. //J. Phys. Chem. — 2007. — V. 111. P. 1352413530.

150. M. Bohringer, P. Molinas-Mata, E. Artacho, and J. Zegenhagen. Microscopic Structure of the Discommensurate Phases in Ge(lll)/Ga. 2. Domain Superstructure and Discommensurations. // Phys. Rev. B. — 1995. — V. 51. — P. 9965-9972.