Department of Surface Physics
Института Автоматики и Процессов Управления
ДВО РАН,
г. Владивосток
Исследовано динамическое поведение легированного магического
кластера атомного масштаба в системе In/Si(100). Было установлено, что
кластер состоит из шести атомов кремния и семи атомов индия и имеет
асимметричную структуру. В таком кластере один атом индия достаточно
подвижный и может попеременно занимать одно из четырех эквивалентных
положений внутри кластера (1-1', 2-2') (Рис. 1). Определены величины
энергетических барьеров для каждого типа перескоков. Благодаря таким
свойствам, легированный кластер можно рассматривать как перспективный
элемент наноэлектроники (переключатель, логический затвор или элемент
памяти атомного масштаба).
Рис. 1. Атом индия, обозначенный красным цветом, может находиться в
четырех эквивалентных состояниях, что при величине энергетического
барьера 0.7 эВ позволяет наблюдать переход атома между этими
состояниями при комнатной температуре.
(A.A. Saranin, A.V. Zotov, I.A. Kuyanov, M. Kishida, Y.
Murata, S. Honda, M. Katayama, K. Oura, C.M. Wei and Y.L. Wang. Atomic
dynamics of the In nanocluster on Si(100). Physical Review B 2006. Vol.
74, N12, P. 125304-1 - 125304-6.)
С помощью метода сканирующей туннельной микроскопии было изучено формирование нанокластеров идентичного размера (магических кластеров) в системе Tl/Si(111). Обнаружено, что эта система обладает уникальной особенностью, а именно в ней в зависимости от условий роста формируются упорядоченные массивы магических нанокластеров нескольких структурных типов. Во всех известных до сих пор системах, где наблюдается формирование магических кластеров (например, In/Si(111), Ga/Si(111), Al/Si(111), Cu/Si(111) и т.д.), формируются магические кластеры только одного типа. Проведена классификация наблюдаемых кластеров, определены условия их формирования, предложены модели их атомной структуры. (A.V. Zotov, A.A. Saranin, V.G. Kotlyar, O.A. Utas, Y.L. Wang. Diverse magic nanoclustering in submonolayer Tl/Si(111) system// Surface Science Vol. 600, P. 1936 - 1941 (2006).)
Методом сканирующей туннельной микроскопии изучено формирование массива нанокластеров In на поверхности si(100)c(4x12)-Al в диапазоне покрытий до 1.0 моноатомного слоя и температурах от комнатной до 150оС. Показано, что рост идет по механизму Вольмера-Вебера. Определена кристаллографическая структура образовавшихся нанокристаллов In. (D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, V.A. Avilov, A.A. Saranin and A.V. Zotov. Growth of In nanocrystallite arrays on the Si(100)c(4x12)-Al surface// Surf. Sci. Vol. 600, N 22, P. 4986 - 4991 (2006).)
Исследованы фазовые переходы в псевдоморфной моноатомной пленке In на поверхности Si(111). Обнаружено, что псевдоморфный слой In, имеющий при комнатной температуре квази-гексагональную структуру ?7??3, при охлаждении в диапазоне температур от 265 до 225 К приобретает структуру ?7??7, а охлаждение до более низких температур приводит к формированию в пленке набора длиннопериодических структур. (A.A. Saranin, A.V. Zotov, M. Kishida, Y. Murata, S. Honda, M. Katayama, K. Oura, D.V. Gruznev, A. Visikovskiy and H. Tochihara. Reversible phase transitions in the pseudomorphic ?7??3-hex In layer on Si(111). Physical Review B 2006. Vol.74, N3, P. 035436-1 - 035436-7.)
На выращенных мультислойных кремниевых структурах со встроенными в р-слой кремния нанокристаллитами полупроводникового дисилицида железа ( -FeSi2) сформированы меза-диоды. Установлено, что транспорт носителей в меза-диодах определяется током, ограниченным пространственным зарядом, который зависит от наличия глубоких ловушечных уровней в запрещенной зоне кремния. Для образца с десятью встроенными слоями нанокристаллитов -FeSi2 был обнаружены один ловушечный уровень, локализованный на 402 мэВ выше потолка валентной зоны кремния. (A. Tsormpatzoglou, D. H. Tassis, C.A. Dimitriadis, L. D?zsa, N.G. Galkin, D.L. Goroshko, V.O. Polyarnyi, and E.A. Chusovitin. "Deep levels in silicon Schottky junctions with embedded arrays of -FeSi2 nanocrystallites" // Journal of Applied Physics, 2006, V. 100, 074313).
С помощью метода сканирующей туннельной микроскопии и расчетов из первых принципов изучены структурные превращения в монослойной системе Au/Si(111), индуцированные адсорбцией атомов In. Установлено, что адсорбция In приводит к трансформации исходной структуры ?-?3??3-Au к структуре ?3??3-(Au,In). При комнатной температуре эта трансформация происходит только внутри доменов фазы и не затрагивает доменные границы. Отжиг при 600оС приводит к устранению доменных границ и на поверхности формируется высокоупорядоченная фаза ?3??3-(Au,In), практически свободная от структурных дефектов. (D.V. Gruznev, I.N. Filippov, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.A. Kuyanov, A.A. Saranin, A.V. Zotov, V.G. Lifshits. Si(111)- ?-?3??3-Au phase modified by In adsorption: Stabilization of the homogeneous surface by stress relief. Physical Review B 2006. Vol. 73, N11, P. 115335-1 - 115335-7).
Исследованы оптические свойства кремния со встроенными мультислоями нанокристаллитов полупроводникового силицида магния методами оптической спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Рассчитаны оптические функции выращенных образцов с различным количеством слоев встроенных нанокристаллитов силицида магния и определен вклад силицида магния в электронную структуру мультислойных образцов в диапазоне энергий фотонов 1.5-3.0 эВ. Установлен вклад двухфононных резонансов (412, 432 и 470 см-1) в спектрах пропускания и диффузного отражения как пленок Mg2Si, так и мультислойных структур (МС). Показано, что в спектрах КР МС-структур проявляются как однофононные (228-275 см-1), так и двухфононные пики (432 см-1). (К.Н. Галкин, А.М. Маслов, В.А. Давыдов. "Оптические свойства мультислойных материалов на основе кремния и наноразмерных кристаллитов Mg2Si" // Журнал прикладной спектроскопии, 2006, т.73 , № 2 с.204-209. K.N. Galkin, A.M. Maslov, V.A. Davydov. Optical properties of multilayer materials based on silicon and nanosize crystallites of Mg2Si. // Journal of Applied Spectroscopy, 2006, V.73, № 2 p.227-233).
Выполнены эксперименты по исследованию методами ОЭС, СХПЭЭ, ДМЭ и АСМ роста и электронной структуры монослоев Co и Fe на Si(111), которые были получены с использованием холодного высокоскоростного осаждения. Для роста Fe на чистой поверхности Si(111) показано, что электронная плотность в одном-двух монослях кобальта на кремнии существенно ниже, чем в объемном металле и частично перераспределена в приповерхностный слой подложки кремния. Показано, что увеличение тепловой мощности потока оказывает существенное влияние на преодоление поверхностного энергетического барьера для перемешивания атомов железа с подложкой и приводит к активации послойного роста моносилицида железа на кремнии. (V.M.Il'yashenko, S.A.Kitan', S.V.Krylov, N.I.Plusnin, Formation of Fe and FeSi Nano-Heterostructures on Si(111), Physics of Low-Dimensional Structures, 2006, № 2, p. 42-46. Н.И. Плюснин, В.М. Ильященко, С.В. Крылов, С.А. Китань, Влияние мощности, переносимой атомарным пучком, на формирование границы раздела Fe/Si(111)7?7, Письма в ЖТФ. N.I.Plusnin, V.M.Il'yashenko, S.A.Kitan', S.V.Krylov, Formation of Co multilayers on Si(111): Growth Mechanisms, Electronic Structure and Transport, Appl. Surf. Sci. (to be published)).
Расчеты изменения мнимой части диэлектрической проницаемости и функции отклика сверхтонких пленок силицидов хрома и железа показали, что увеличение скорости атомов железа увеличивает концентрацию атомов кремния, растворенных в FeSi, и ухудшает кристаллическое качество FeSi, а в процессе осаждения хрома на Si(111) при комнатной температуре наблюдаются четыре стадии роста. Первая стадия (0 - 0.025 нм) соответствует разрушению реконструкции (7х7). Остальные стадии (0.025 - 0.26 нм) соответствуют формированию CrSi-подобных силицидов. (S.A. Dotsenko, N.G. Galkin, L.V. Koval', and V.O. Polyarnyi. In situ differential reflectance spectroscopy study of solid phase epitaxy in Si(111)-Fe and Si(111)-Cr systems. // e-Journal of Surface Science and Technology, 2006, V. 4 p. 319-329).
С помощью метода дифракции быстрых электронов изучен процесс взаимодействия потока оксида бора (В2О3) с поверхностью Si(100)2х1 в диапазоне температур 650-800?С. Найдено, что результатом этого взаимодействия является разрушение поверхностной структуры 2х1 и формирование поверхностной фазы Si(100)4х4-В, которое завершается при накоплении бора до величины равной 0.5 МЛ, где 1МЛ = 6.5х1014 ат./см2. Процесс накопления атомов бора лимитируется скоростью поставки адатомов Si к местам закрепления продуктов диссоциации молекул В2О3 (-В=О или - О-В=О). На основе структурного анализа, с использованием метода кривых качания, установлено, что поверхностная фаза Si(100)4 4-B состоит из доменов двух типов: -c(4 4) и -(4 4) (V.V. Korobtsov, V.V. Balashev, Kh. Bazarsad "B2O3 decomposition on Si(100) surface", Physics of Low-Dimensional Structures, N2, 2006, 34-41).