WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 10 Структура и электронные свойства пленок сурьмы на Mo(110) © Д.А. Городецкий, Ю.П. Мельник, Д.П. Проскурин, В.А. Усенко Киевский национальный университет им. Т. Шевченко, 03022 Киев, Украина E-mail: pdp@univ.kiev.ua (Поступила в Редакцию 10 февраля 2004 г.) Исследованы структуры и электронные свойства сурьмы на поверхности Mo(110) в широком диапазоне покрытий. В субмонослойной области при комнатной температуре формируются упорядоченные с подложкой решетки адсорбата p(2 1), p(1 1), (1 3) и (1 2). При покрытиях, больших монослойного, на поверхности растут трехмерные кристаллы сурьмы, ориентация которых определяется подложкой.

Отжиг системы до температур выше 1000 K приводит к образованию структур, не возникающих в процессе конденсации. Одновременный анализ спектров характеристических потерь энергии электронов и работы выхода поверхности позволяет предположить формирование поверхностных сплавов молибдена и сурьмы.

1. Введение 2. Методика эксперимента Интерес к исследованию адсорбции элементов V групИзмерения были проведены в приборах двух типов.

пы на полупроводниках и металлах вызван нескольСпектры ХПЭЭ исследовались в металлической камере кими причинами. Во-первых, элементы этой группы УСУ-4 с помощью четырехсеточного квазисферического вызывают пассивацию поверхностей полупроводников.

анализатора задерживающего поля. Использование перКонденсируясь на Si, Ge, InP и др. [1,2], они навичных электронов малых ( 40 eV) энергий позволило сыщают оборванные связи поверхностных атомов и повысить чувствительность методики к состоянию поподавляют протекание дальнейших химических реакверхности и выделить тонкую структуру спектра. В этой ций. Во-вторых, недавно было показано, что послойже камере можно было наблюдать и дифракционные карный эпитаксиальный рост металлических пленок на тины. Однако более яркие и четкие картины были полуметаллических поверхностях может быть стимулирован чены в стеклянной лампе с двухсеточным анализатором использованием сурфактантов типа Sb, In, O2 [3–6].

задерживающего поля. Изменение работы выхода в В частности, H.A. van der Vegt и др. [3], исследуя этих приборах определялось по изменению напряжения гомоэпитаксию Ag на Ag(111) в присутствии сурьмы, между катодом электронной пушки и исследуемым обнаблюдали послойный рост пленки на протяжении разцом при условии, что ток в цепи образца поддержимонослоев. Последующее напыление новой порции Sb вается постоянным, а рабочее напряжение соответствует возобновляло послойный рост. Поэтому были выдвипочти полному отражению первичного пучка (метод нуты предположения о связи поверхностно активных контактной разности потенциалов в варианте Андерсосвойств сурьмы с ее сильной тенденцией к сегрегации.

на). Точность определения 0.005 eV. Вакуум при Однако, на данный момент механизмы растворения и измерениях поддерживался на уровне 2 · 10-10 Torr.

сегрегации Sb на разных металлах до конца не изуИсследуемая поверхность молибдена была выведена чены.

с точностью 10 относительно плоскости (110). ОбОчевидно, что поверхностная активность адатомов Sb разец подвергался стандартной процедуре очистки от зависит от их концентрации и положения на подложуглерода: прогревался при 1200 K в атмосфере кислоке, и предпосылкой для выяснения этой зависимости рода (10-7 Torr) и периодически очищался от окислов являются данные об атомной структуре поверхности.

вспышками до 2200 K. Источником атомов Sb служила Однако, есть лишь относительно небольшое число пубплатиновая трубка, заполненная металлической сурьмой.

ликаций, касающихся структуры субмонослойных плеВ зависимости от температуры трубки сурьма испаряетнок Sb на чистых металлических поверхностях [7–14].

ся преимущественно в виде кластеров Sb4 (T 800 K) В настоящей работе исследуются геометрия и электронили в виде димеров Sb2 (T > 800 K) [15].

ные свойства пленок сурьмы на поверхности Mo(110).

При оценке количества осажденной сурьмы учитываИнформация о структуре пленок получена методом лась корреляция результатов, полученных всеми методифракции медленных электронов (ДМЭ). Изменение электронной структуры поверхности определялось ме- дами. Степень покрытия () в субмонослойной области тодом спектроскопии характеристических потерь энер- определялась по отношению к концентрации поверхгии электронов (СХПЭЭ), работа выхода поверхно- ностных атомов на грани Mo(110). Относительное пости — по изменению контактной разности потенциа- крытие в многослойной пленке оценивалось по времени лов (КРП). конденсации.

10 1874 Д.А. Городецкий, Ю.П. Мельник, Д.П. Проскурин, В.А. Усенко Рис. 1. Дифракционные картины, полученные при адсорбиции сурьмы на Mo(110). a–d — картины, полученные при T = 300 K:

p(2 1), = 0.25 (a), p(1 1), = 0.5 (b), c(1 3), = 0.67 (c), p(1 2), = 0.75 (d). e–g — картины, полученные после отжига монослойной пленки: p(3 1), Tann = 1220 K (e), c(3 1), Tann = 1410 K (f), „c(3 1)“, Tann = 1700 K (g), картина кристаллов на фоне первого слоя (h), картина Sb(100) (i), картина Sb (111) (j), картина порошковой структуры (k).

3. Экспериментальные результаты дополнительных рефлексов, связанных с многократным рассеянием электронов. Поэтому на дифракционных и обсуждение картинах выделены элементарные ячейки, предлагаемые 3.1. Субмонослойные пленки сурьмы на с учетом дополнительных данных и соответствующие, Mo(110).

на наш взгляд, реальным структурам.

3.1.1. Структура пленок Sb на Mo(110).

Первая дифракционная картина p(2 1), появляющаT = 300 K. Дифракционные картины, отражающие яся на экране электронографа в процессе конденсации структуру адсорбированного слоя Sb на Mo(110), прии связанная с образованием упорядоченного слоя адсорведены на рис. 1. Картины на рис. 1, a–d получены в пробированных атомов, представлена на рис. 1, a. С ростом цессе конденсации Sb на подложке, имеющей комнатную концентрации сурьмы рефлексы (h + 1/2, k) угасают и температуру. Картины отожженных пленок показаны картина p(2 1) преобразуется в p(1 1) (рис. 1, b).

на рис. 1, e–g. Картины трехмерных кристаллов — на При увеличении плотности адатомов на фоне картины рис. 1, h–k. Обозначение картин обусловлено выбором p(1 1) возникают и растут по интенсивности рефлексы прямоугольной центрированной ячейки c(1 1), картины c(1 3) (рис. 1, c), в то время как интенсивпоказанной на рис. 2, a, в качестве элементарной ячейки ность рефлексов картины p(1 1) постепенно падает.

поверхностных атомов молибдена (соответствующие Переход к следующей структуре происходит путем плаввекторы h и k обратной решетки показаны на рис. 1, a).

ного смещения рефлексов (h, k + 1/3) в направлении k Названия дифракционных картин не всегда правильно отражают симметрию и периодичность решетки в до образования картины p(1 2) (рис. 1, d). На этом прямом пространстве вследствие наличия на экране формирование первого слоя завершается. Дальнейшая Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Структура и электронные свойства пленок сурьмы на Mo(110) ленным взаимодействием с атомами подложки приводит к деформации элементарной ячейки решетки пленки и образованию структуры (1 3) (рис. 2, b) с = 0.67, дающей картину c(1 3). Эта структура появляется в виде островков новой, более плотной фазы, и на экране наблюдаются рефлексы обеих фаз p(1 1) и (1 3).

По окончании перехода вся поверхность оказывается покрытой пленкой со структурой (1 3) и дальнейшее ее уплотнение происходит путем сжатия в направлении [110] до получения решетки (1 2) с = 0.75 (рис. 2, c, соответствующая дифракционная картина показана на рис. 1, d). Примитивная элементарная ячейка этой решетки имеет вид ромба со стороной, равной постоянной молибдена (3.16 ).

На этом завершается заполнение монослоя с = 0.75, и дальнейшая конденсация Sb происходит во втором и следующих слоях. Время достижения максимальной интенсивности картин p(2 1), p(1 1), Рис. 2. Расположение атомов в структурах. a — p(1 1), c(1 3) и p(1 2) хорошо согласуется со степенью b — (1 3), c — (1 2), d — c(3 1).

покрытия соответствующих структур ( = 0.25, 0.5, 0.и 0.75), что позволяет заменить шкалу времени конденсации шкалой концентрации.

конденсация вызывает появление дифракционных картин 3.1.2. С т р у к т у р а п л е н о к Sb н а Mo(110).

от трехмерных кристаллов сурьмы.

T = 77 K. Температура как мера кинетической энергии Первые две картины ДМЭ связаны с образованиадатомов влияет на их подвижность и не меняет хаем прямоугольных атомных решеток, согласованных рактера взаимодействия адатомов с подложкой и друг с подложкой и имеющих степени покрытия = 0.с другом. Для таких адсорбатов как Cs или Ba кондени 0.5 соответственно. В обеих структурах все атомы сация на охлажденной до 77 K подложке способствовазанимают эквивалентные места на подложке. Схема ла более ранней кристаллизации пленки и появлению их расположения в структуре p(1 1), соответствуновых структур [16,17], которые не могли образоваться ющей картине рис. 1, b, показана на рис. 2, a. Из-за при комнатной температуре вследствие недостаточной малых дипольных моментов адатомов диполь-дипольное (по сравнению с кинетической) энергией связи между взаимодействие в пленке не способно сформировать адатомами либо с соседними атомами подложки. При изотропные гексагональные ячейки адсорбата, как это конденсации сурьмы на охлажденной жидким азотом происходит в случае адсорбции цезия или бария на той подложке ситуация оказывается противоположной — же подложке [16,17]. Геометрия пленки определяется в рефлексы всех наблюдаемых дифракционных картин значительной мере сильным влиянием потенциального становятся диффузными, возникает высокий фон, что рельефа поверхности, обусловленным ковалентным взаозначает низкую упорядоченность пленок. Первой на имодействием между адатомами и атомами подложки, экране появляется картина p(1 1), а не p(2 1), как а так же латеральным взаимодействием внутри пленки.

было в случае напыления при комнатной температуре.

Следует отметить, что расположение атомов Sb относиОчевидно, это связано с малой подвижностью адатомов тельно атомов Mo на рис. 2, a является произвольным, при T = 77 K, а одного только латерального взаимопоскольку картины ДМЭ позволяют определить только действия недостаточно для смещения и упорядочивания соотношения параметров элементарных ячеек подложки адатомов в виде решетки p(2 1). Поэтому сразу же и адсорбированного слоя.

формируется структура, образование которой обязано После образования структуры p(1 1) дальнейшая подавляющему влиянию связей адатомов с подложкой.

конденсация уже не может происходить на адсорбциС увеличением степени покрытия она путем фазовоонных центрах, эквивалентных предыдущим (атомный го перехода первого рода преобразуется в структуру радиус сурьмы больше атомного радиуса молибдена).

(1 3), но этот процесс так и не завершается. Вероятно, Начинаются качественно новые преобразования пленки.

при >0.5 одновременно с первым слоем начинает Внедрение в пленку новых атомов вызывает смещение ранее адсорбированных атомов со своих мест. В резуль- заполняться и второй слой адсорбата, атомы которого из-за недостаточной подвижности не могут внедриться в тате такого уплотнения и освобождения части связей, первоначально насыщенных подложкой, появляется воз- субмоноатомную пленку. При покрытиях порядка двух можность прямого обменного взаимодействия адатомов. монослоев на дифракционных картинах можно увидеть Конкуренция между латеральным ковалентным взаимо- только фон, свидетельствующий о полной неупорядочендействием атомов в адсорбированном слое и их направ- ности поверхности.

10 Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 1876 Д.А. Городецкий, Ю.П. Мельник, Д.П. Проскурин, В.А. Усенко 3.1.3. С п е к т р ы х а р а к т е р и с т и ч е с к и х п о т е р ь. Как известно, спектроскопия ХПЭЭ позволяет исследовать как одночастичные, так и коллективные процессы, протекающие в приповерхностном слое. На рис. 3 показаны спектры, снятые при разных концентрациях адсорбата. Кривая a соответствует чистой грани Mo(110). Ее особенности детально рассматривались в работе [16] и поэтому здесь не обсуждаются.

Начало конденсации сурьмы сопровождается быстрым угасанием пиков 1.5, 5.5 и 8.8 eV (рис. 3, a,b), связанных с одночастичными переходами в поверхностные Рис. 4. Зависимость высоты пика 7.8 eV сурьмы от степени покрытия.

состояния Mo (1.5 и 5.5 eV) и возбуждением поверхностного плазмона s-электронной подсистемы металла (8.8 eV). При степени покрытия = 0.5 появляется новый пик 7.8 eV (рис. 3, c), амплитуда которого растет с покрытием, как показано на рис. 4. Тот факт, что амплитуда пика растет только до образования на поверхности монослоя адатомов сурьмы, а затем практически не меняется, указывает на поверхностный характер новой потери. Подобный пик наблюдался в пленках Sb на поверхностях (100) GaAs, GaSb и InSb [18] и объяснялся переходом из заполненного поверхностного состояния в свободное состояние оборванной связи. P. Ma и A.J. Slavin [8] наблюдали пик 7.4 eV в спектрах характеристических потерь поликристаллической сурьмы и связывали его с ионизационной линией Sb (O1). На основании наших данных можно предложить следующую трактовку его природы. Появление в спектре пика 7.8 eV совпадает с началом фазового перехода от решетки p(1 1) к (1 3). Во время перехода образуется новая более плотная структура, в которой устанавливаются ковалентные связи между адатомами. Происходит переход от системы одиночных атомов, взаимодействующих за счет дальнодействующих латеральных сил, к системе, в которой происходит коллективизация электронов пленки. Появление нового пика можно связать с началом возбуждения коллективных процессов в адсорбированном слое (поверхностных плазмонов). Качественно можно оценить энергии возбуждения плазмонов в пленке сурьмы в приближении свободных электронов. При условии возбуждения всех валентных электронов Sb для объемного плазмона получим значение 13.7 eV, для поверхностного — 9.7 eV, что близко к значениям, полученным в эксперименте.

3.1.4. Р а б о т а в ы х о д а. Зависимости работы выхода Рис. 3. Изменения спектров ХПЭЭ в процессе адсорбции от концентрации сурьмы () при температурах подсурьмы. a — = 0, b — = 0.2, c — = 0.6, d — = 0.67, e — = 0.75, f — трехслойная пленка. ложки 300 и 77 K представлены на рис. 5 (кривые a Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Структура и электронные свойства пленок сурьмы на Mo(110) образуется. Это связано, во-первых, с тем, что при 77 K, возможно, не все димеры сурьмы диссоциируют, снижая тем самым шероховатость поверхности, и, во-вторых, с тем, что однородной структуры p(1 1) по всей поверхности из-за плохой упорядоченности пленки так и не образуется.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.