Взаимосвязь электрофизических и структурных характеристик поверхностей полупроводников при адсорбции на них элементов III-V групп и органических слоев тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

национальна академ1я наук украхни 1нститут ф13ики нап1впр0в1дник1в

РГБ ОД 1 5 дек 1996

На правах рукопису удк: б37.231 639.533

Стаднюс Олександр Анатол1яович

ВЗАеМОЗВ'ЯЗОК електроязичних та структурних характеристик поверхонь нап1впров1дник1в при адсорбци на них елемент1в iii-v труп та орган1чних шар1в.

01.04.07 - Ф1эика твердого т!ла

АВТОРЕФЕРАТ диоертац11 на здобуття вченого ступеня кандидата ф!экко-математ>гчних наук

КИ1В-1996

Дисертац1я е рукопис.

Робота виконана в 1нсгктут1 ф1эюси нап1впров1дник1в HAH Укра1нн Науковия кер1вник.-:

чл .-кор, HAH Укра1ни, доктор ф1зико-математичних наук, профеоор Нестеренко Б.О.

0ф1ц1ян1 опоненти:

чл.-кор. HAH Укра1ни, доктор ф!зико-математичних наук, професо Литовченко В.Г.

кандидат ф1зюсо-математичних наук Гояса С.Н. Пров1дна орган1зац1я: 1нститут1 ф1зики HAH Укра1ни

Захист в 1дбу деться "dO" ^yc^/ss? i9ge р. о год. на зас1данн1 Спец1ал1зовано1 науково1 ради 60.07.02 при 1нститут1 ф1зики нап1впров1дник1в HAH Укра1ни за адреоою:

252650, Ки1в-2в. проспект Науки, 45.

3 диоертац1ею можна ознаиомитись у б1бл1отец1 1нституту.

В1дгуки на автореферат у двох прим1рниках, засв1дчен1 печат-kod, прохання надсилати за вказаною адреоою на 1м'я вченого секретаря спец1ал1зовано1 ради.

Автореферат роз1слано "/У" Л< Л996 р.

Вчекия оекретар спец!ал1зовано1 ради

кандидат фЮико-мзтематичннх наук

АКТУАЛЬНЮТЬ

Основн! тенденцИ розвитку сучасно1 м1кроелектрон1ки зумови-ли значния розвиток ф1зики поверхн1 нап1впров1дник1в 1 11 усп1хи у технологи. Остання, використовуючи умови надвиоокого вакууму (НВВ) .дозволяе отримувати атомарно-чист1 поверхн1 (АЧП) 1 атомар-но-р1зк1 меш1 розпод1лу.

Основним матер!алом нап1впров1дниково1 м1кроелектрон1ки е кремк1й, оообливо яого низько1ндексн1 гран1. Серед них атомарно-чиста поверхня (НО) досл1джена наяменше. В тоя же час вивчення цього об'екта, яке попалось лише у останн1 5-10 рок!в,що пов'яза-но, головним чином, з труднощами отримання власно1 структури вка-зано1 поверхн1 1 11 збереженням, сприяло б розум1нню властивосгея 1нших граней та встановленню умов керування ними.

1нформац1я про АЧП кремн1ю (НО) у переважн!й б1льшост1 сто-суеються 11 структури та будови адсорбц1яних фаз на н1Я.Але елек-тронн1 характеристики так1. як розпод1л електронних стан1в (ЕС) ц1е1 поьерхн1 та адсорбоваких на н1й шар1в р1зних елемент1в, ли-шаються до цього часу маяже не вивченими. Незважаючи на прогрес у розум1нн1 м1кроскоп1чних особливостея меш1 метал-нап1впров1дник, лииаеться не визначеним питания в1дносно природи ЕС на н1я 1 керування 1х властивостями.

Ф1зичн1 та технолог1чн1 обмеження розм1р1в елемент1в у сучас-Н1Я нап1впров1дников1я м1кроелектрон1ц1 стимулюють активния по-шук 1 резробку нових технолог1я та напрямк1в електронного прила-добудуыэння надмалих розм1р1в. Одним з них е молекулярна електро-н1ка. Бона розглядае можлив1сть виксристання одинично1 орган1чно1 молекули або групи таких молекул як елемента, що здатния оброб-ляти та збер1гати 1нформац1ю.

Для утворення пристро1в молэкулярно1 електрон!ки потр!бн1 методи консгруювання молекулярних груп з визначеними влэстиеостя-ми. Ьаяеиыи простим та ефективним з них визнано технолог1г пл1-вок Ленгмюра-Блоджетт (ПЛБ). Пошаровия перенос пл1вки забезпечуе впорядкован 1сть у напрямку нормал1 до п1дкладинки. що е фундаментальною ф1зичною властив1стю цих об'ек:т1в. Б1льш складною 1 ще не вир1шенсю проблемою в отримання структур з двовим1рним дальн1м порядком у ПЛБ на поверхнях нап1впров1дник1в.

У зв'язку з висловленим вище МЕТОЮ РОБОТИ було: I .Розробка над1яно1 технологи отримання АЧП кремн1ю (НО) 1 ад-

оорбц11 на не1 р1зних х1м!чних елемент1в.

2 .Досл1дження структури,електронних характеристик та к1нетики фо-топров!дност1 отркманих об'екПв, впливу на них адоорбцП атом!в Al.Pb.Sb у максимально визначених умовах (надвисокия вакуум (НВВ), постоянна контроль х1м1чного складу поверхн1). З.Досл1дження можливост1 утворення двовим1рно впорядкованих ПЛБ орган1чних речовин на нап1впров1дникових п1дкладинках. вивчення рол1 ф!зико-х1м1чного стану п1дкладинок у формуванн1 пл1вок.

Для досягнення поставлвно1 мети потрЮно було вир1шити так1 0СН0ВН1 ЗАДАЧ1 :

1.В1дпрацювання технологи отримання АЧП ЭК ПО) з власною суперструктурою "16x2" 1 адотрбц11 на не1 метал1в: РЬ.А1 та БЬ.

2.Досл1дження структури та електронних характеристик АЧП кремн1ю (НО).

3.Визначення впливу адоорбцП атом1в вказаних елемент1в на структуру, електронн1 характеристики та к1нетику фотопров 1дност1 по-верхн1.

4.Дося1дження двовим1рно1 впорядкованост1 ПЛБ стеариново1 кислоти на р1зних нап1впров1дникових п1дкладинках.

Вир1шення цих задач вимагало розробки чи освоения комплексу ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ МЕТОД 1В дослЩження, в числ1 яких: г- сгворення НВВ установки для комплексного досл1дження АЧП. яка С дозволяла контролювати структуру поверхн!, 11 Х1м1чний склад та

проводити електроф1зичн1 вим1рювання при тиску не вище 2 10 Па.

- опанування методами дифракцИ пов!льних електрон1в (ДПЕ), Оже-та рентген 1всько1 фотоелектронно1 спектроскоп 11. к1нетики ефекту поля (КЕП), ФотоЕРС, к1нетики фотопров 1дност1 1 спектроскопИ ви-ходу фотоелектрон1в.

- розробка методик отримання АЧП 51(П0)-"1вх2", конгрольовано1 адоорбцП р1зних х1м1чних елемент1в на не1, а також конструкц1й електронно1 та 1онно1 гармат, як1 використовувались у робот1.

НАУКОВА НОВИЗНА: I. Отримано дан1 про поверхневий вигин зон та розггод 1л поверхне-вих електронних стан1в у заборонен1й зон1 атомарно-чисто! поверх-н1 31(П0)-"1вх2". що дало змогу вперше побудувати 11 енергетич-ну д1атраму.

2 Досл1джено вплив адоорбцП елемент!в Ш-У труп (Al.Pb.Sb) пе-

г

р1одично1 системи на розпод!л поверхневих електронних стан1в у заборонен 1Я зон! поверхн1 SKIIO).

3. Визначено взаемозв'язок структурних 1 електроф1зичних характеристик систем БИНОНадсорбат (Al.Pb.Sb). Запропоновано структурн1 модел1 поверхн1. як1 пояснюють його.

4. Показано в1дсутнсть поверхнево1 рекомб1нац11 при нанеоенн1 не-впорядкованих моношар1в А] та РЬ на поверхню Sl(II0)-"I6x2".

б. Вперше отримано 1 заф!коовано двовим1рно впорядковану струк-турну фазу б1шару стеариново! кислоти на атомарно-чист1й поверхн! нап1впров1дника Cd»Hg«-«Te (III). ПРАКТИЧНА Ц1НН1СТБ:

1 .Створено надвиожовакуумну установку для комплексного вивчення структурних 1 електроф1зичних характеристик атомарно-чистих по-верхонь твердого т!ла.

2 .Отримано ряд нових експериментальних результат 1в.як1 дозволяють поглибити наш1 уявлення та стимулюють подальш1 теоретичн1 розра-хунки загально! ф1зично1 модел1 поверхн1 твердого т1ла, здатно1 узгоджено пояснити всю сукупн1сть 11 структурних, механ1чних. коливних 1 електронних властивостея.

3.1нформац1я про структурн! та електроф1зичн1 характеристики по-верхн1 Sl(110)-"16x2", вплив на них адсорбц11 атом1в Al.Pb.Sb мо-ше бути використана у технолог1чних рекомендац1ях з метою покра-щення м1жфазних граничь.

4. Мождив1сгь отримувати двовим1рно впорядкован1 орган1чн1 шари стимулюе розвиток 1нтегрально1 оптики, зокрема, св1тловод1в м!к-ронних розм1р1в з низькими втратами сигналу. ПОЛОЖЕНИЯ. ЯК1 ВИНОСЯТЬСЯ НА ЗАХИСТ:

1. Атомарно-чиста поверхня S1(I10) мае власною поверхневою фазою суперструктуру "16x2". У заборонен1я зон1 поверхн1 1снуе дв1 зони поверхневих електронних стан1в, як1 розд1лен1 енергетичним про-м1»ком Еч» ~ 0,4 еВ.Причиною 1снування цих зон в перекриття oölp-ваних валентностей адатом1в кремн1ю та неекв1валентн1сть 1х зв'язк1в. Характер поверхневого вигину зон при цьому в1дпов1дае випадку иоинення поверхн1 на ochobhI hocII як для n-, так для р-типу.

2. Адсо1<5ц1я алюм1н1я та свинцю на поверхню Sl<II0)-"I6x2" при к1мнатн1Я тенператур1 створюе умови для значного перерозпод1лу поверхневих електронних стан1в у заборонеи1я зон1 нап1впров1дника.

Утворюються велик1 енергетичн1 пром1жки м1ж ефективними р1внями поверхневих електронних стан1в у заборонен1я зон1 (SI-Al) або м1ж ефективними р1внями i границями об'емних зон (Si-Pb), що сильно послаблюе рекомб1нац1ю через поверхню.

3. Серед умов двовим1рного впорядкування пл1вок Ленгмюра-Блоджетт найб1льш важливим е ф1зико-х!м1чкия стан п1дкладинки. Наявн1сть сходинок на чисг1я х1м1чно пасивн1я поверхн1 CcUHg«-«Te (Щ),

ор1ентованих по кристалограф1чному С1меясгву (112), сприяла росту орган1чних пл1вок стеариново1 кислоти з двовим1рним дальн1м порядком. Присутн1сггь аморфних окисл1в на гранях Si(III), GaA3(II0) вюслючала таку можлив1сть.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК АВТОРА ДИСЕРТАЦИ

Автор роботи приямав участь у сгворенн1 надвисоковакуумно1 установки для комплексного досл1дження атомарно-чистих поверхонь нап1впров1дник!в. Ним опановано та особисто налагоджено у досл1д-ницьк1я камер1 вс1 експериментальн 1 методики, що застооовувалися у дисертац1ян1я робот1. Серед них : дифракц1я пов1льних електро-н1в, Оже-електронна спектроскоп 1я. к1нетика ефекту поля, к1нети-ка фотопров1дносг1, фотоелектрорушияна сила, термоелектронна робота виходу, джерела 1онно-аргонних пучк1в для очистки поверхонь. засоби контрольовано1 адоорбцИ елемент!в А1,РЬ та Sb.

Bel результати викладен1 у робот1, отримано ним у повному обсяз1. Вюслючення складають дан1 досл1дшень спектроскоп 1ею виходу фотоелектрон 1в поверхн1 Sl(II0)-"I6x2" та двовим1рно впорядко-ваних шар1в сгеариново! кислоти, у яких автор приямав участь частково.

Автор приямав участь у обговоренн1 та науковому узагальненн1 bcíx отриманих результат^, йому повн1стю налетить п1дготовка матер 1ал1в для публ!кац1я. АПР0БАЦ1Я РОБОТИ:

Головн1 результати роботи допов1дались 1 обговорювались на:

- Y М1жнародн1я конференцИ по пл1вках Ленгмюра-Блодшетт ("LB-Б") ( Париж ( Франц1я), 1991 >.

- Воесоюзному симпоз1ум1 "Эмиссия с поверхности полупроводников,в том числе экзоэмисс.ия" ( Льв1в, 1989 ).

- I М1жнародн1я конференцП з ф1зики низьковим1рних структур, ( Чорноголовка ( Рос1я>, 1993 ).

- 14"» европейскШ конферецН з ф!зики поверхн1 ("10033-14"), ( ЛейпЩг < Ц1меччина ) .1984 ).

ПУБЛ1КАЦИ

Головн 1 результати диоертацИ надруковано у 3 роботах. 2 тезах 1 2 роботах,що незаоаром вийдуть друком, перел1к яких наведено в к1нц1 автореферату.

ОБ'СМ I СТРУКТУРА ДИОЕРТАЦИ

Дисертац1я складаеться з вступу. чотиръох глав 1 заключения. Бона м1стить 182 сторуки тексту. 62 малюнки, 9 таблидь 1 спиоок л!тератури з 129 назв.

У перш1й глав! розглянуто сучасн1 погляди на поняття атомар-но-чисто1 поверхн1 тведого т!ла, основн1 способи 11 отримання та методи досл1дження, а такой на причини.як 1 викликають реконструк-ц1ю поверхн1. Зроолено детальний огляд роо1т, присвячених вивчен-ню атомарно-чисто! поверхн1 Зх(110), адоорбцИ на не1 р1зних х1-м1чних елемент!в та нанесению на поверхн! твердого т1ла двовим1р-но впорядкованих шар1в орган1чних речовин.

Друга глава знайомить з експериментальними установками, методиками та пристроями, що ззстооэну вались у ход1 досл1джень.

Для отримання АЧП кремн1ю (ПО) з власною суперструктурою "1вх2" 1 даних про 11 структуру та електроф!зичн1 парамотри було створено НВВ установку комплексного вивчення поверхонь твердих ,т!л, яка дозволяла використовувати у процес1 досл1джень широке коло методик, поширених у ф1зиц1 поверхн! твердого т1ла. Зокрема, кр1м ДПЕ, РФЕС та ЕОС, що давали 1нформац1ю про структуру та х1м1чний склад поверхн1 Ыдпов1дно, установку було укомплектовано пристроями для спостереження к1нетики ефекту поля та порогово1 фотоем!с!1 (розпод 1л електронних стан1в у заборонен1й зон1), винами для дослЩження к1нетюси фотопров1дносг1, джерелами адсорбат1в. Величини адоорбц1иних покрить Al.Pb.Sb розраховува-лися, виходячи 1з закону обернених квадрат1в та геомвтрИ при повному розпиленн1 в1домих наважок (похибка-10-1556). Пошарове нанесения ПЛБ контролювалось ел1псометр1ею.

Третя глава складаеться з двох розд1л1в. У першому з них наведено результати досл1джень електронних параметр1в АЧП 31(110) з власною суперсгруктурою-"16х2" (поверхневий вигин зон, розпод1л ПЕС у 33 нап1впров1дника, час релаксацИ фотопров 1дност1 тг), як1 отримано методами спектроскоп!! виходу фотоелектрон!в (СВФ) ,Фото-

ЕРС. к1нетики ефекту поля (КЕП) та при вивченн1 к!нетики фотопро-в1дносг1 вказано1 поверхн1.

Методом СВФ визначено величини роботи виходу (4,72 еВ) та енерг11 фото1он!зац11 (5.32 еВ) поверхн! 31(Н0)-"16х2".що дозво-

лило .знаючи р1вень об'емного легування 10 см для п-типу зразка, знайти величину поверхневого вигину зон. Спектр виходу фотоелек-трон!в показав 1снування широко1 (¿1 еВ) зони заповнених ПЕС.Максимум щ1льносг1 сган1в Ц1е1 зони л ежить нижче вершини валентно1 зони. а хв1сг розпод1лу знаходиться у 33 нап1впров1днюса.

Дан1 СВФ по вигину зон було п1дтверджено незалежним чином за допомогою методу ФотоЕРС (Урь). В1н дор1внюе 0,12 еВ для п-типу зразк1в 1 0,25 еВ для р-типу. Характер вигину зон для обох тип1в зразк1в в1дпов1дае випадку виснаження поверхн1 на основн1 нос11.

Енергетичн1 положения ефективних р1вн1в ПЕС у 33 БКПО)-"16x2" визначено методом к1нетики ефекту поля, можлив1сть викори-сгання якого для вивчення ПЕС на АЧП кремн1ю показано у /I/. 1х енерг11 в1дносно кра1в 33 дор1внюють Ес~Е1»= 0,37 еВ та Еч-Еу» 0,33 еВ. Ц1лком природньо сп1вставити ефективному р1вню Е« зону заповнених стан1в, яка спосгер1галась у досл1дах по СВФ.

Величина часу релаксац11 фотопров1дност1, визначена при досл1дженн1 к1нетиси фотопров1дност1, дор!внюе 37 мкоек.

1« -э

рис.1 Енергетична д1аграма Е> поверхн 1 31(П0)-"1вх2" Е ( (р-тип зразка).

0.42 <*

0.33

в

Сукупн1сть отриманих нами електронних характеристик поверхн1 31(110)-"16x2" ( габл.1). дозволила побудувати 11 енергетичну д!а-граму. рис.1, з неЗ видно,що ПЕС у 33 поверхн1 31(И0)-"16х2" характеризуются двома ефективними р1внями Еи та Еи. Р1вень Еи в1дпов1дае верхн1я меж1 зони заповнених стан1в, визначено1 у дос-л1дах по СИФ, а р1вень Еч позначае нижн1я края зони порожн1х. Енергетична щ1лина Ев. м1ш ними дор1внюе 0,4 еВ. Ця величина злачно перевшцуе значения Е„. для 51(Ш)-7х7 (0,2 еВ> 1 менша н1ж для 31(100)-2x1 (0,49 еВ).

Нами зроблено висновок, що причиною 1снування двох зон ПЕС (по}южньо1 та зэповнено!) у 33 31(Н0)-"16х2" е перекриття об1р-ваних валентностей (ОВ) адатом1в кремн1ю,як1 мають неекв1валентн1 зв'яэки э найближчими сус1дами ( кожен з них мае два сильн1 <*-

зв'язки у ланцюгу атом1в вздовж азимуту 1110] 1 один слабия п-зв'язок вздовж напрямку (ООН ) рис.2. Це випливае з пор1вняння моделей поверхонь ЭК ПО)-"16x2" /3/ та 31(Ш)-7х7 /4/,як1 скла-даються з однакових структурних елемент1в, з урахуванням сп1вв1д-ношьння енергетичних пром1жк1в Е«« м!ж зонами ПЕС у 33 кремн1ю для вказанкх поверхонь.

рис.2 Модель поЕерхн1 ЭКИО) з неекв1валентними зв'язками адатом1в (фрагмент ком!рки>; а- вид зверху; Ь- вид збоку.

110

У другому розд!л1 третьо! глави розглянуто вплив адгорецИ атом1в Al.Pb.Sb на структуру 1 вказан1 вище електронн1 характеристики поверхн1 31(110)-"16x2" при к1мнатн1я температур! (кЪ осганьо1.Визначено подальш1 зм1ни, що в1дбуваються при упоряднен-н! поверхневих адсорбц1йних фаз п!д впливом прогр!ву. -

Таблиця I.Величины електронних параметр1в поверхн! S!(II0)-"I6x2" 1 поверхневих структур, утворених при адоорбц11 на не1 атом1в Al .Pb.Sb та подалыаих в1дпалах.

VhP Ес-Еи Et»-Ev Ее» тг

егр

Sl(II0)-"I6x2" 0,25 0,37 0.33 0,42 37 10 10

RT(IxI)Al 0.83 0.18 0.12 0.82 300 10 " 10

Sl(II0)-(Ix9)Al 0,35 0.35 0.43 0.34 34 10 " 10

КГ<1Х1)РЬ 0,10 0,43 0,72 0 250 10 10

Sl(IIO)-(IxI)Pb О.Ю 0.27 0,62 0,23 180 10 10 * KT(IXl)Sb 0,05 0,28 0,40 0,44

si(ii0)-(ixi)sb о.ое о,2б о,зб о.ьо -Vhp - поверхневия вигин зон. .В*-IV енерг11 ефективних поверхневих р1вн1в в1дносно кра1в заборонено1 зони,1"а« - енергетич-н1я пром1шок м!ж ними , а також час релаксацП фотопров 1дносг1 тг 1 коефШ1енти перер1з1в захоплення електрон1в та д1рок от,оР. (КГ- фази, утворен1 при к1мнатн1я температур!)

Насамперед п1дкреслимо. шо адоорбЩя al.Pb та Sb на поверхню Si(II0)-"I6x2" при к1мнатн!я температур1 веде до утворення част-ково невпорядкованих поверхневих фаз, картини ДПЕ яких (1x1) мають велику 1нтенсивн1сть фону. П1сля адоорбц11 цих елемент1в заф!ксовано пом1тн1 зм1ни електронних характеристик поверхн!.

Система S1(II0)-a1 мае дв! зони поверхневих електронних ста-н1в у 33 послизу 11 кра1в, енергетичния пром!жок м1ж ними Ее» до-р1внюе 0,8 еВ. що дозволяе формувати поверхневия вигин зон у в1д-пов1дност1 з контактною р1зницею потен Щал1в пари al-Sl(IlO) (р-тип). Взаемозв'язок заф1ксованих структурних та електроних зм1н при адоорбцП Al на Si(II0)-"IRx2" можна пояснити реконструкцию.

х

г

•в

под1бною до в1домо1 Rotation Relaxation (рис. 3&), яка мао м!сце на поверхн1 СаАз (ПО). Доречно п1дкреслити. що завдяки такия пересудов! 33 uiel поверхн1 стае в1льною в1д ПЕС /4/.

Система S1(TI0)-Pb, навпаки, мае лише одну частково заповнену зону (дискретнмя р1вень) поверхневих електронних сган1в у эасоро-нен1я зон!. Бона знаходиться на 0,7 еВ виде верхньо1 межи валент-но1 зони.

Адоорбц!я 1-2 моношар1в А1 та РЬ на Sl(II0)-"I6x2" приводила до р1зкого (маяже на порядок) зростання часу релаксацП фото-пров1дност1: з 37 мксек на чист1й поверхн1 Sl(II0)-"I6x2" до 300 мкоек та 250 мксек в!дпов1дно. —

о^ о^ в

i \ l\ 11

i \ i \ i \

/■•-•-V ✓•-•ч

• е»

О AI

О"

10011

[00(3

Ы^оооС)

000000 000000

b -- [lTt>3

рис.3 Модель RR для фази RT(IxI)Al(a); Модель структурно1 фаз и Sl(IIO)-(IxI)Pb (b).

Подальшия в1дпал системи S1(II0)+A1 при температурах 8001000 К приводив до впорядкування поверхн1 - утвореня ново1 супер-структури Sl(II0)-(Ix9)Al 1 зм1ни електронних параметра поверх-н1, як1 наблизились за сво1ми величинами до вим1ряних на АЧП Sl(II0)-"I6x2" (див. табл.1).

В1дпали системи Sl(II0)-Pb з температурами 400-500 К впро-

я

доьш 20-40 сек. суттево полШшували як1сть дифракщяних картин (1x1). що св1дчило про упоряднення адсорбованого шару. Енергетич-нии анал1з отричаних електронограм. на п1дстав1 роботи Хенцлера /6/. дозволив зробити висновок, що в упорядкован1я фаз1 (1х1)РЬ покриття свинцем в1дпов1дае 0,5 МШ 1 утворенню просто1 гратки (рис.ЗЬ) .Поряд з однор!дним шаром атом1в свинцю 1снуе наб1р терас з шириною до 30 А° як1 включають нестех1ометричн1 (надлишков1 над 0,6 МШ) атоми свинцю.Впорядкування сгруктури поверхн1 мало впли-вало на розподШ ПЕС у 33, викликаючи лише невелике розщеплення нап1взаповненого р1вня (табл.1), але цеи перерозпод1л ПЕС впливав на час релаксацП фотопров1дност1 тг, якия для впорядковано1 фаэи 31(1Ю)-(1х1)РЬ зменшуваЕСя до 180 мксек.

Зм1ни розпод1лу спектру ПЕС поверхн1 кремн1ю (ПО) при ад-оорбцИ атом1в РЬ та подальших 11 в1дпалах можуть бути пояснен1 за допомогою модел1 (рис.ЗЬ). Слабкэ взаемод1я м1ж орб1талями су-с1дн1х адатом1в у неупорядненому шар1 свинцю зумовлюе 1снування ьузько! нап1взаповнено1 зони НЕС (чи нав1ть дискретного р1вня). Пол.Шшення двовимхрного порядку та утворення терас при з Шпалах Шдвищуе ьзаемод1ю к1ж в1льними валентностями 1 вюсликае слабке розщеплення (0.24 еВ) Ще1 зони.

3 анал1зу даних, як1 наведано у таблиц11,зроблено висновок, що к1неткгса фотопров 1дност1 на гран1 31(П0)-"16х2" визначаеться пбкомбАлчШею головним чином че^ез пограничния шар. Натом1сть ад-сорбЩя 7-2 моношар1в А1 1 РЬ щ и к1мнатн1й температур! п1дкла-дилки приводить до того, що релаксаЩя фотопров 1дност1 фактично повн1стю йде через об'ем. В упорядкованих фазах, що утиорюються п1сля в1дпал1в - (1х9)А1 та (1х1)РЬ, знову з'являеться рекомб1на-ц!я через повврхню, члстка яко1 залежить в1д особливостея розно д1лу ел№триМ1их стан1в у згаданих системах.

П1дсумовуючи наведен1 у таблиц 1 наши дан1 та результаги 1м-ш/х досл1дник1в /5', мо1ьно-визначити, що адсорбц!я моношару Бп на АЧП крекн1ю (ПО) при КТ угворюе неупоряднену фазу. Подалып про-

О

гр1ьи сисгейк МШОК^Ъ при температур1 * 700 С,як1 супроводяу-ються деоорбгДею БЬ. упорядковують поверхню. Утвореиа в нагл 1док щлго суперсгруктуря 51(Т10)-(2х1)ЗЬ е перех1дною м1ж фазами «Ста £ с.руктури (?.хЗ}БЬ /5/ 1 мае деякия сгуп1нь невпорядкоьгносгп. Яри иьому чзскиа ОБ ада гом1в кремн1ю лишаеться ненасиченою, а

характер розпод1лу ПЕС залишаеться под1бним до "вкладку АЧН (110) кремн1ю.

Досл1дження атомно1 адсорбцН неорган1чних елемент1в на по-верхн1 нап1впров1дник1в ми продовжили адоорбц!ею молекулярных орган!чних сполук. Четверта глава присвямена вивченню можливост! утворення двовим1рно упорядкованих шар1в орган1чних снолук на нап1впров1дникових п1дкладинках. Серед них були травлена (III) 1 сколота (НО) гран1 S1 та GaAs. в1дпов1дно,а також поверхня (I.TI) CdxHg«-«Те. яка Сула очищена 1онно-аргонним бомбардуванням. Виби-раючи ц1 об'екти, ми виходили з загальнов1домого факту, що травлена грань Sl(III) вкрита аморфним шаром окислу, св1жосколота поверхня (НО) GaAs е значно пасивн1шою до оксидацИ, тобто мае бу ти б1лыв упорядненою. а атомарно-чиста п1дкладинка Cd><Hg»><Tö (III) е надзвичаяко ст1якою до окисления 1 здатна протисгояти яо го впливу на протяз1 2-3 д1б /7/. Таким чином, ми зробили спробу сп1вставити результати для поверхонь з р1зним ф1зико-х1м1чним станом. Для формування ПЛБ було обрано добре вивчения модельния об'ект - стеаринову кислоту СН«(СН»)«в-С00Н (скорочено С««). ППльно упакования моношар (2.05 (нм)"/мол.) С«» перенссився з по-верхн1 води на поверхн1 нап1впров1днис1в за технолог1ею Ленгмюра-Блоджетт при посг1яному поверхневому натягу 30 тН/М.

Експерименти з ДПЕ показали В1дсутн1сть двовим1рного дальнь-ого порядку у б1шар1 стеариново1 кислоти на сильноокислених (Si(III)) та слабоокислених (GaAs(IIO)) п1дкладинках , а на упо-рядкован1Я, х1м1чно пасивн1я п!дкладинц1 CdxHg>-«Te (III) яого наявн1сть в пл1вц1 С«в.При енорПях первинних елвктрон1л 10-30 еВ спостер1галась дифракц1яна картина гексагонально1 симетрИ.пвркш гратки у плошин1 ПЛБ дор1внював 0.5*0.05 нм. Виг ляд електроногрзм св1дчив, що б1шар сформовано а домен1в, як1 мають переважлу ор1ентац1ю 1 1х розм1ри близьк1 до довжини когерентност1 ДПЕ (J0-30 нм). Така фаза С»» 1снувала на вс1й поверхн1 CdxHgt-»Te (III).

Двовим1рне впорядкуваня ПЛБ приз водило до полШшення 11 д1-електричних властивостея ,про що св1дчать вим1ри ВАХ (метод А ядер -сона) термоелектронного струму з б1шаром С»» 1 без нього. У зраз ку з сипаром С«» вольтампэрна характеристика всунута у б1к додат-н1х потвни1ал1в на (1.3 - 0,2) В 1 мае меншия струм насиченнл. Причиною зсуву ВАХ е зарядка пл1вки С«» потоком елоктронЗв. Знач-на величина електричного поля у ПЛБ (3,2 I0R В/си). що виникас;

Ii

внасл1док зарядки, св1дчить про виооку д1електричну м1цн1сть дво-вим1рно упорядокованого б1шару С«» на поверхн1 Cd»Hg»-xTe (III) та перспективн1сть 11 використання як д1електричного покриття.

Послабления 1нтенсивност1 спектральних л1н1й компонент п1д-кладинки в метод1 РФЕС при пошаровому нанесши! C«, яке добре описуеться експонвнц1альним сп1вв1дношенням: I = Ьохр(-LA) , (L - товщина пл!вки, к - довжина в!льного проб1гу фотоелектрон 1в у н1й), дозволило визначити значения * фотоелектрон1в, як1 збуд-жуються з р1зних осговних р1вная, тобто мають р1зн1 к1нетичн1 еноргИ у пл1вц1 С»». Отримана величина ь лежить у межах в1д 4,Б нм (л1н1я Те-ЗсЬ^*,к!нетична енерг!я фотоелектрон 1в ЕК{Н=681 эВ) до 7,5 нм (Hg-41^i, EKJJJ=1154 еВ). 0р1ентуюча д1я п!дк.ладинки змешуеться при товщинах Ш1Б б1льш н1ж 10 нм, що призводить до значного порушення морфологи пл1вки.

3 приведених результата найб1льш ймов1рним мвхан1змом дво-вим1рного впорядкування першого шару молекул С«» на поверхн1 CdxHgi-кТе (III) е наявн1сть атомних сходинок на гран1 (III).

Так1 сходинки з переважною ор1ентац1ею (IIZ) можуть викликати пвребудову доменно1 структури МШ у процес1 переносу його на п1дкладинку. Внасл1док цього виникае структура ПЛБ з узгодженим розташуванням домен1в, яка i дае картину ДНЕ.

Головн1 результати виконано1 росоти можна оформулювати так:

1. Докладно розглянуто та критично проанал1зовано 1снуюч1 на цея час лПературн! дан1, що стосуються атомарно-чисто1 поверхн1 Si(lI0)-"I6x2" та адсороцП ua liol р1зних х1м1чних елемент1в. Розгянуго такош результати роб1т у новому напрямку розвитку електронйси - нанеоенн! шар1в орган1чних сполук на поверхн1 твердих т1л.

2. Зд1йснено детальке досл1дження розпод1лу поверхневих електрок-них стан1в у заборонен1й зон1 та поверхневого вигину зон поьерх-н1 кремн1ю (ПО) з власнои суперструктурою "1вх2".

3. Визначено вплив адсорбцП al.Pb.Sb на структуру та розпод1л поверхневих електронних сган1в поверхн1 51(lI0)-"Iüx2" при к1н-натн1й температур! останньо1. На п1дстав1 отриманих результат^ уапропоновано модел1 поверхневих структур: А1(1х1)КГ, Sl(II0)-(IxI)Pb.

4. Результати досл1джень к1нитики фотопров1дност1 адоорсщинних

систем: S1(II0)+A1, Sl(IIO)+Pb показали, що причиною сильного послабления поверхнево1 рекомб1нац11 на частково упоряднених поверхневих фазах вказанних систем е значн1 зм1ни у розпод1л1 по-верхневих електронних сгган1в поверхн1 кремн1ю, як1 в1дбувались при адсорбцИ А1 та РЬ.

5. 3 погляду на тенденцИ подальшого розвитку електрон1ки проведено експерименти з нанеоенням орган1чних шар1в на традЩ1ян1 нап1впров1дников1 матер1али. Зокрема. ва технологию пл1вок Ленгмюра - Блоджетт наносились б1шари стеариново1 кислоти на поверхн1: Sl(III), GaAs(IIO) та CtUHg«-«Te(III). Показано, що ф1зико-х1м1чния стан пЛдкладинки при цьому в1д1грае суттеву роль у створенн1 двовим1рно впорядкованих орган1чних шар1в на нап!в проводниках.

СПИСОК ЦИТОВАНОГ Л1ТЕРАТУРИ

1. Юнович А.Э. О кинетике поверхностных явления в полупроводниках при больших изменениях потенциала поверхности / Поверхностные своясгва полупроводников.// М.: Изд-во АН СССР,-1962.-127 с.

2. Нестеренко Б.А.,Снитко О.В. Физические свойства атомарно-чис-тоя поверхности полупроводников // Киев: Hay к. думка,-1983.-264 с

3. A.I.Shkrebtll.C.M.Bertonl.R.Del Sole and В.A.Neaterenko Structural models of reconstracted S1(II0> Surface Phases // Sttrf.Sci -1990.-»30.-P.227.

4. Pandey K.C.,Freeouf J. L. .Eastman D.E. Photoemlaslon and band-structure studies of the СаАз (II0)//jyST.-1977.-4, N 4. - P.904

-909.

5. Zotov A.7..Llfshlts V.C.and A.N.Demldchlk. Ordered surface phases in Sb/Sl(II0) system // Surf.Scl.Lett.-1992.-«74.-P.L583-L587.

6. Henzler M. LEBD investigation of step errays on cleaved germanium (III) surfaces // Surf.Sci.-I970.-ie.-P.I59.

7. Нестеренко Б.A. .Миленки В.В. .Зражевския В.А.,ГоркунО.Ю., Структура и химичеасия состав поверхности эпитаксиальных пленок CdKHg1-KT9 // УФ».-1987.-за. N 9.-C.I248-I254.

Головн1 результати дмоертацН вюсладено в роботах:

1. В.A.Nesterenko.V.Y.Milenin.O.YU.Gorkun,А.A.Stadnlk.Z.I.Kazan-tseva and A.V.Nabok Two-dimensional ordered stearic acid films on СсЦН&-„Те <III> substrates// Thin Solid Films.-1991.-*oi, -P.351-359. .

2. B.A.Nesterenko.V.V.Mllenin.O.YU.Gorkun.A.A.StadnlK.Z.I.Kazan-tseva and A.V.Nabok 2D ordered stearic acid films on semiconductor substrates// Тези V м!жнар. конф. "LB-5" -GP9- Париж, 1991.

3. Несгеренко Б.А.,Милвнин В.В.,Горкун О.Ю.,Стадник А.А.,Казанцева З.И., Набок А.В. Изучение начальных стадия формирования ленгмюровских слоев на полупроводниковых подложках// Тезисы симпозиума "Эмиссия с поверхности полупроводников в том числе экзо-эмиссия",Львов,1989,-С 32.

4. В.A.Nesterenko, A.A.Stadnlk, G.Le Lay, V.Yu.Aristov, N.Safta, J.-P.Iacharme and C.A.Sebenne Si(II0)-"I6x2"+Pb System: Atonic Structure and Ilectron Spectra // Phys.Low-Dim.Struct.-1994.-3, -P.1-8.

5. Hesterenko B..Stadnik: O.A., Surface electronic states in fundamental gap of the clean and group III-V doped Sl(IIO) surface //Surface Scl.-1996.-331 333, - P.1262-1268.

6. B.Neaterenko.O.Stadnik.A.Crlcentl.G.Le Lay,C.A.Sebenne Recombination properties of clean "16x2" and Pb- and Al- doped (110) silicon surfaces// буде надруковано в Surface Scl.Lett.

?. Несгеренко Б., Саченко A.В., Стадник 0. А. Вплив адсорбцП ато-м1в Al та Pb на к1нетику фотопров1дност1 поверхн1 Si(II0)-"I6x2" // буде надруковано в УФШ.

Stadnyk O.A. The Interconnection of electrophysical and structural characteristic.«? of semiconductor surfaces under adsorption of III-V groups element and organic layers. Candidate of the physlco-ijiathematlcal sciences ( field 01.04.07-solId state physics ). Thesis (typescript). Institute of Semiconductor Physics of the Sciences of Ukraine, Kiev, 1986. The defended results are present in 6 scientific papers ( 2 of thero - to bf published ) and 2 conference abstracts.

The surface electron spectra (SES) in the fundamental gap (FG) of the clean Sl(II0)-"I6x2" face was studied for the first time. It was established that SIS contained two band ( empty and filled ) which were divided by the energy interval I„ = 0.4 eV, The surface band bending corresponded to the exhaustion of the space layers on the majority carriers.

The adsorption of 1-2 monolayers of Al,Pb and Sb on the Sl(II0)-"I6x2" phase at room temperature leads to formation or partially ordered systems. The strong effect of A1 and Fb adsorption on the SIS has been revealed. Namely A1 pushes the surface bands to the FG edges making FG practically free of electron states ( I».= 0.8 eV ). Otherwise, Pb adsorption create« only one half-filled band ( discrete level ) close to the Fermi level position. The further annealings gave ordered structure (Ix9)Al, (IxI)Pb and (2xI)Sb on the Sl(IIO) surface. The photoconductivity kinetics data indicated the practically totn! elimination of the surface recombination on the S1(II0)-A1 and SI(IlO)-Pb systems obtained at room temperature.

The Investigations of stearic acid bilayers transferred with Langnulr-B lodge« method on the Sl(Iil) surface ( strong oxidized >, GaAa(IIO) ( weakly oxidized ) and Cd«Hg,.KTe (III) ( at.o-mlcally clean ) indicated the essential role ol the substrate conditions in the layer structure formation. Actually 2-dlmen-sional long ordering was observed on the clean and chemically passive Cd„Hg,..Te (III) substrates.

Стадник A.A. Взаимосвязь электрофизических и структурных характеристик поверхностей полупроводников при адсорбции на них елементов III-V групп и органических слоев. Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. Институт физики полупроводников HAH Украины, Киев, 1996. Защищаются результаты, изложенные в Б научных статьях (2 находятся в печати) и 2 тезисах. ч

Впервые исследован спектр поверхностных електронных состояний (ПЕС) запрещенной зоны (33) чистой поверхности Sl(IIO), характеризуемой реконструкцией "16x2". Установлено что, он состоит из двух зон - пустых и заполненных ПЕС, разделенных енергетическим промежутком Е„.= 0,4 еВ. Поверхностный изгиб зон при этом соответствует обеднению поверхности на основные носители.

Адоорбция 1-2 монослоев Al.Pb.Sb на структуру Sl(II0)-"I6x2" при комнатной температуре последней ведет к образованию частично упорядоченных фаз. Обнаружено, что адоорбция AI и РЬ сильно изменяет распределение ПЕС в 33. AI раздвигает зоны ПЕС к краям 33, делая ее почти свободной (Ев.= 0,8 еВ) от них. РЬ, наоборот, формирует одну полузаполненкуо зону (дискретный уровень) вблизи уровня Ферми.Последующие прогревы ведут к образованию упорядоченных структур: (1x9)АХ, (IxI)Pb, (2x3)Sb на поверхности Si(IIO). Данные по кинетике фотопроводимости свидетельствуют о практически полном подавлении канала поверхностной рекомбинации в системах Si(IIü)-Al и Si(II0)-Pb, полученных при комнатной температуре подложки.

Исследование бислоев стеариновой кислоты, нанесенных методом Ленгмюра-Блодиетт на поверхности Sl(III) (сильно окисленная), GaAs(IIO) (слабо окисленная), Cd^Hg,_KTe(III) (атомарно чистая) показало существенную роль состояния подложки в формировании структуры органической планки. В частности двумерны« дальний порядок впервые наблюдался на атомарно-чистых, химически пассивных подложках Cd^Hg., Де(Ш).

Ключов1 слова: ф1зика, тверде т1ло, нап1впров1дник, моно-кристал, кремн1й. атомарно-чиста поверхня, структура, поверхнев1 електронн! стани, адсорбщя, орган1чн! шари.