"Диффузия атомов Sr по поверхности Si(111)-7×7: данные сканирующей туннельной микроскопии и моделирование". Руслан Анатольевич Жачук. ИФП СО РАН. 14.9.2010
Состав коллектива
- н.с., к.ф.-м.н. Жачук Руслан Анатольевич (компьютерное моделирование),
- с.н.с., к.ф.-м.н. Тийс Сергей Александрович (сканирующая туннельная микроскопия)
Постановка задачи
'Поверхности полупроводников почти всегда реконструированы. Это приводит к тому, что период трансляции таких поверхностей больше, чем в параллельных поверхности плоскостях в объеме кристалла. Так, поверхность кремния с ориентацией (111), имеет реконструкцию 7×7. Здесь “7” означает, что длина периода трансляции вдоль поверхности в 7 раз больше периода в объеме кремния. На рис. 1 показано изображение сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) поверхности Si(111)-7×7.
Диффузия адсорбированных атомов на поверхностях кристаллов влияет на формирование наноструктур и рост тонких пленок, поэтому изучение поверхностной диффузии является важной задачей. Реконструкция поверхности влияет на диффузию атомов, так как она определяет изменение поверхностной энергии при их перемещении. Таким образом, пространственное изменение поверхностной энергии определяет места адсорбции атомов и диффузионные барьеры. Цель данной работы – изучение влияния реконструкции 7×7 поверхности Si(111) на диффузию атомов Sr. Методы исследования: СТМ и компьютерное моделирование на основе теории функционала плотности (ТФП) и Монте-Карло.'
Публикации
- R.Zhachuk, S.Teys, B.Olshanetsky, and S.Pereira, Applied Physics Letters 95 (2009) 061901: “Speed determination of single Sr adatoms moving within Si(111)-7×7 half unit cells”
- R.Zhachuk, B.Olshanetsky, J.Coutinho and S.Pereira, Physical Review B 81 (2010) 165424: “Electronic effects in the formation of apparently noisy scanning tunneling microscopy images of Sr on Si(111)-7×7”
- Р.А. Жачук, С.А. Тийс, Б.З. Ольшанецкий, «Влияние реконструкции поверхности Si(111)-7×7 на диффузию атомов стронция», ЖЭТФ (Impact Factor: 0.931),140, 1113 (2011).
- Работа заняла второе место на конкурсе научных работ Института Физики Полупроводников СО РАН в апреле 2010 года.
Иллюстрации
| 1 |  | СТМ изображение поверхности Si(111)-7×7. Сверху наложена атомная модель реконструкции 7×7. Большие кружки – атомы кремния верхних слоев, маленькие – атомы в объеме кремния. Обозначения элементов реконструкции: A – адатомы (adatoms), R – рест-атомы (rest atoms), D – димеры (dimers), CH – угловые ямки (corner holes). Хорошо видны адатомы (яркие пятна) и угловые ямки (темные пятна). |
| 2 |  | Два последовательных СТМ изображения одного участка поверхности Si(111)-7×7 с адсорбированными атомами Sr. Вакансии служат в качестве репера. Атомы Sr видны как шумоподобные пятна в половинках ячеек структуры 7×7. Атом Sr в правом нижнем углу изображения перескочил из одной половинки ячейки 7×7 (кадр 1) в соседнюю полуячейку (кадр 2). |
| 3 |  | Зависимость вида шумоподобных пятен в половинках ячеек структуры 7×7 от скорости сканирования острием СТМ. |
| 4 |  | Средняя длина росчерков, образующих шумоподобные пятна, в зависимости от скорости сканирования острием СТМ. |
| 5 |  | Рельеф поверхностной энергии кремния для атомов Sr на поверхности Si(111)-7×7. Обозначения соответствуют рис. 1. Контурные линии отделяют уровни энергии на 0.2 эВ. Яркие (темные) пятна указывают на минимумы (максимумы) энергии, и, следовательно на вероятные места адсорбции (седловые точки). Стрелки указывают основные пути миграции атома Sr. |
| 6 |  | Схематический рисунок, поясняющий движение атома Sr в полуячейке 7×7. |
| 7 |  | СТМ изображения шумоподобных пятен в полуячейках 7×7 в пустых и заполненных электронных состояниях. Верхняя панель: экспериментальные изображения; нижняя панель; смоделированные изображения, при условии, что атом Sr находится неподвижно в положении “1” рисунка 5. |