WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 1997, том 67, № 12 10;11;12 Атомное строение кластеров серебра на кремнии © М.В. Гомоюнова, И.И. Пронин, Н.С. Фараджев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Поступило в Редакцию 21 ноября 1996 г.) Методом дифракции квазиупруго рассеянных электронов средней энергии исследовано атомное строение кластеров серебра, сформированных на поверхности монокристалла Si(111)-7 7 путем отжига тонкой пленки Ag, конденсированной при комнатной температуре. Моделирование дифракционной картины, полученной в пределах почти полной полусферы отражения электронов, показало, что формирующиеся на кремнии островки серебра имеют упорядоченную структуру и фиксированную относительно подложки ориентацию. Параллельно поверхности располагаются плотноупакованные монослои Ag(111), образующие гранецентрированную кубическую структуру, причем направление [112] этих микрокристаллов оказывается антипараллельным оси [112] подложки.

Введение выше двумерной которую для краткости будем фазой, обозначать как 3 3. Следует отметить, что в Исследования атомного строения кластеров, сформи- этом случае концентрация кластеров на поверхности рованных на монокристаллических подложках, имеют оказывается выше, а их размеры меньше, чем в перважное значение для понимания специфики физических вом режиме, и составляют примерно 30–100. Однако свойств малых частиц. Однако даже на поверхности данных о кристаллической структуре указанных образомонокристалла система кластеров, как правило, не обла- ваний в литературе очень мало. Поэтому мы попытадает дальним порядком, и это затрудняет изучение их лись получить их, применив разработанный нами метод структуры такими традиционными методами анализа, как дифракции квазиупруго рассеянных электронов средней дифракция медленных электронов и дифракция быст- энергии [11,12]. Проведенное исследование показало, рых электронов. Поэтому до недавнего времени основ- что формирующиеся кластеры имеют гранецентрированную кубическую структуру Ag(111) и характеризуются ными источниками информации служили сканирующая выделенной относительно подложки ориентацией.

электронная микроскопия (при реализации рекордных разрешений) и сканирующая туннельная микроскопия, показывающая с атомным разрешением строение лишь Техника эксперимента верхнего монослоя изучаемого объекта. Новые перспективы для исследования структуры кластеров на поверхИзмерения проведены во вторично-электронном спекности открылись с развитием дифракционных методов, трометре с угловым разрешением, описанном в [13].

основанных на эффекте фокусировки электронов средней Энергетическое разрешение анализатора составляло энергии, — дифракции фото- и оже-электронов [1–3], а 0.4%, а угловое разрешение — около 1. Энергия также начинающей использоваться дифракции обратно первичных электронов E была равна 2 keV. Измеряемым рассеянных электронов [3–7]. Эти методы позволяют сигналом при регистрации дифракционных картин являопределять в реальном пространстве локальную атомлась амплитуда пика упругого отражения в энергетиченую структуру объектов, даже не имеющих дальнего ском спектре эмиттируемых электронов, подавляющую порядка.

часть которого составляют электроны, испытавшие при На протяжении уже многих лет практически все изобратном рассеянии взаимодействие с фононами.

вестные поверхностно-чувствительные методы используДифракционные картины (кикучи-картины) получали ются для изучения системы Ag/Si(111)-7 7, представпутем автоматической записи азимутальных угловых ляющей большой научный и практический интерес [8].

распределений I() отраженных электронов в пределах Одной из ее особенностей является наличие в фазовой 360 при варьировании полярного угла с шагом в 1.

диаграмме области роста кластеров серебра. К настояще- Компьютерная обработка этих данных использовалась му времени надежно установлены два режима их форми- для построения в стереографической проекции двумеррования [9,10]. Во-первых, кластеры серебра образуются ных карт распределения интенсивности отражения элекпри нанесении Ag на подложку, нагретую выше 250C.

тронов по полярному и азимутальному углам вылета.

При сначала появляется поверхностная структу- При этом каждый азимутальный скан нормировался на этом ра 3 3(R30), а затем на ней растут островки. среднее значение своей интенсивности, что позволяло Во-вторых, кластеры возникают после отжига серебря- исключить приборный фактор, проявляющийся в уменьной пленки, нанесенной на кремниевую подложку при шении регистрируемого сигнала с ростом угла, и комнатной температуре. Поверхность же, оголяющаяся тем самым более рельефно выделить дифракционную между островками, также остается покрытой указанной структуру в области скользящих углов регистрации.

Атомное строение кластеров серебра на кремнии Использовавшийся в качестве подложки образец кремния вырезался из монокристаллической пластины КЭФ-и имел размер 22 4 0.25 mm. Точность выведения грани (111) на поверхность кристаллов была не хуже 20.

Перед загрузкой в вакуумную камеру образец тщательно очищался с использованием стандартной процедуры по методу Шираки. Для получения атомарно-чистой поверхности Si(111)-7 7 кристалл кратковременно прогревался в вакууме при температуре T = 1200C. Элементный состав поверхности контролировался электронной оже-спектроскопией. Этим же методом определялась и толщина слоя серебра, наносившегося на подложку сублимационным способом. Кластеры серебра на кремнии формировались в соответствии с литературными данными [9,10] путем отжига пленки Ag, напыленной на подложку при комнатной температуре. При этом толщина пленки составляла 18, а длительность отжигов, проводившихся при фиксированных температурах, равнялась 3 минутам. Кикучи-картины снимались при комнатной температуре в вакууме 5 · 10-10 Torr.

Результаты и их обсуждение Картины дифракции квазиупруго рассеянных электронов были получены для всех характерных состояний системы Ag/Si(111), возникавших в результате последовательных изохронных отжигов при возрастающих температурах. Заметная структурная перестройка нанесенных слоев серебра начиналась при 350-400C, когда, согласно [9], термодесорбции еще практически нет. В этом же диапазоне температур существенно менялась и морфология пленки, о чем свидетельствуют данные Рис. 1. a — кикучи-картина квазиупруго рассеянных элекоже-спектроскопии. Так, для исходного состояния систетронов с энергией 2 keV (представленная в стереографичемы — сплошной неотожженной пленки Ag на кремнии ской проекции) для отожженной пленки серебра, нанесенной оже-сигнал подложки не наблюдался, что обусловлено на Si(111)-7 7 при комнатной температуре; b — кикучималой глубиной выхода оже-электронов Si LVV (92 eV).

картина для кластеров серебра, сформированных на поверх Однако после трехминутного отжига при указанной ности кремния; c — кикучи-картина для Si(111)- 3 3-Ag;

выше температуре появлялся пик кремния, амплитуда d — стереографическая проекция грани Ag(111) с обозначеникоторого, как следует из данных последующих измере- ем плотноупакованных плоскостей {100} и {110} кристалла, ний, составляла примерно 30% от величины сигнала для согласования с экспериментом (рис. 1, a) она повернута на 180 относительно своего стандартного вида; e — результат для подложки, покрытой фазой 3 3. При этом численного моделирования кикучи-картины для кластеров Ag оже-пик Ag MVV (355 eV) уменьшался примерно на ту на кремнии; f — стереографическая проекция грани Si(111) с же величину. Учитывая, что глубины выхода указанных изображением наиболее плотноупакованных плоскостей {111} оже-электронов различаются не менее чем в 2 раза, кристалла.

отмеченное равенство изменений сигналов может иметь место лишь в случае, когда некоторая часть (1 - ) поверхности подложки (где — доля поверхности, покрытой конденсатом) освобождается от пленки, тогда центр круга обозначает нормаль к поверхности образца, относительные изменения обоих оже-сигналов определя- а внешняя окружность соответствует ориентации вдоль ются степенью покрытия. Таким образом, из данных поверхности. Интенсивность разных точек картины пооже-спектроскопии можно заключить, что в результате казана с помощью линейной шкалы серых оттенков рассмотренной термической перестройки пленки сереб- (она приведена справа), в которой максимальному отра она перестает быть сплошной, и оголяется около ражению соответствует белый цвет, а минимальному — 30% площади подложки, которая остается покрытой черный. Видно, что картина четко структурирована и двумерной фазой 3 3. имеет тройную симметрию. Разумно предположить, что Рассмотрим теперь дифракционную картину (рис. 1, a) пленка Ag подобно массивному серебру кристаллизуется для данного состояния системы Ag/Si(111). На рисунке в гранецентрированной кубической решетке, а, учитывая Журнал технической физики, 1997, том 67, № 64 М.В. Гомоюнова, И.И. Пронин, Н.С. Фараджев симметрию полученной картины, на ее поверхность вы- один веский довод в пользу такого вывода состоит в том, ходит преимущественно грань Ag(111). что рост пленки серебра на подложке, характеризуемой Стереографическая проекция грани (111) гранецен- дифракционной картиной рис. 1, c, протекает иначе, чем трированного кубического кристалла приведена на на подложке чистого кремния. В частности, в этом слурис. 1, a. Как видно из сопоставления рис. 1, a и d, чае в процессе нанесения серебра не удается получить положение основных светлых пятен дифракционной кар- сплошную пленку, а вместо нее на поверхности сразу же тины хорошо совпадает с низкоиндицированными напра- формируются островки Ag. Заметим, что именно такой серебвлениями, а также плоскостями, указанными на данной результат был получен в работе [9] при напылении проекции, что свидетельствует о правильности сделанно- ра на поверхность кремния со структурой 3 3-Ag, го предположения. Так, максимумы отражения образуют находившуюся при комнатной температуре.

отчетливые цепочки вдоль отмеченных на рис. 1, d проек- Рассматриваемая кикучи-картина (рис. 1, c) также ций плотноупакованных плоскостей (3 плоскостей {100} обладает тройной симметрией, но ее вид кардинально и3 плоскостей{110}, наклонных к поверхности кристал- отличается от дифракционной картины, показанной на ла). Причем наиболее сильные максимумы возникают в рис. 1, a, и очень напоминает картину от чистой подобласти их пересечения вдоль направлений 100 и 110. ложки. Это, в частности, хорошо видно из сопостаЭто обстоятельство отражает тот факт, что именно фо- вления данных эксперимента и приведенной рядом на кусировка электронов, движущихся в твердом теле вдоль рис. 1, f стереографической проекции Si(111), где указарядов атомов, лежащих в низкотемпературных атомных ны и плоскости {111}, наиболее плотноупакованные в плоскостях, является основным механизмом формиро- кристаллической решетке кремния. Действительно, все вания кикучи-картин. Более того, численные расчеты, основные максимумы картины наблюдаются при вылете проведенные нами для кристалла серебра в модели, электронов вдоль отмеченных низкоиндицированных научитывающей фокусировку [14], хорошо воспроизводят правлений ( 100, 110 и 111 ). Причем, что особенно картину, показанную на рис. 1, a. Отсюда можно сде- характерно, самые яркие полосы усиления отражения лать вывод, что в результате термической перестройки электронов просматриваются на рис. 1, c именно вдоль на поверхности кремния формируется эпитаксиальная проекций плоскостей {111}. Таким образом, геометрия пленка, состоящая из однотипных доменов Ag(111) и данной дифракционной картины полностью соответствузанимающая, как отмечено выше, около 70% площади ет симметрии грани Si(111). Следует особо подчеркнуть, подложки. Она и определяет рассмотренную дифракци- что стереографическая проекция рис. 1, f показана в станонную картину. Остальная же поверхность, имеющая дартном виде. В отличие от нее рассмотренная прежде лишь примерно монослойное покрытие 3 3-Ag, дает проекция рис. 1, d повернута по азимуту на 180 (что весьма незначительный вклад в нее. отражено на рисунке индексацией кристаллографических Последующие отжиги пленки до более высоких тем- направлений). Это было сделано для того, чтобы соглаператур также приводили к ослаблению оже-пика сереб- совать положение максимумов кикучи-картины отожженра и усилению пика кремния. Анализ изменений оже- ной пленки (рис. 1, a) с плотноупакованными направлесигналов показал, что с ростом температуры происхо- ниями решетки Ag(111). Принимая во внимание, что дит дальнейшее уменьшение площади, занимаемой ”тол- азимутальная ориентация всех дифракционных картин на стой” пленкой Ag (с толщиной, большей глубины выхода рис. 1 соответствует наблюдавшейся на эксперименте, оже-электронов), наоборот, увеличение поверхности, отмеченное обстоятельство непосредственно доказывает и, занятой фазой 3 3. Эти изменения отчетливо противофазность взаимной ориентации решеток подлож проявлялись и в кикучи-картинах, наиболее примеча- ки и отожженной пленки серебра ([112]Ag [112]Si).

тельные из которых показаны на рис. 1, b и c. Первая из Отмеченное сходство рассмотренной кикучи-картины них наблюдалась после отжига системы до температуры с таковой для чистойподложки связано с тем, что 450C, когда, согласно литературным данным, на поверх- двумерной фазе 3 3-Ag соответствует степень поности Si(111)- 3 3 образуются кластеры серебра, крытия, не превышающая одного монослоя. Так как толопределение атомного строения которых и являлось щина анализируемого приповерхностного слоя образца целью настоящей работы. Вторая картина появлялась при энергии 2 keV заметно больше этой величины, то при более высоких температурах отжига, когда кластеры вклад от поверхностной фазы в дифракционную картину уже исчезали из-за процесса термической десорбции. действительно мал, несмотря на то что сечения рассеРассмотрим сначала картину, показанную на рис. 1, c. яния электронов на атомах Ag в обратную полусферу Она обладает большой стабильностью, оставаясь факти- значительно выше, чем на атомах Si.

Pages:     || 2 |



© 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.