isp_siesta_201203.pdf

• н.с., к.ф.-м.н. Жачук Руслан Анатольевич

'Известно, что из-за большой разницы в параметрах кристаллических решеток Ge и Si (около 4%) трудно вырастить эпитаксиальную сплошную пленку Ge/Si: после формирования нескольких эпитаксиальных сплошных слоев, происходит спонтанное формирование островков. Использование сурфактантов позволяет изменять свойства поверхности таким образом, что становится возможным выращивать относительно толстые упруго напряженные эпитаксиальные слои Ge на подложке Si(111). Роль сурфактантов при этом двоякая: всплывая на поверхность слоёв во время роста, они подавляют как перемешивание атомов Ge и Si, так и формирование многослойных островков. Изначально в качестве сурфактантов использовали в основном элементы As и Sb. Позднее было обнаружено, что Bi обладает еще одним полезным свойством. А именно, при использовании Bi в качестве сурфактанта при росте Ge на поверхности Si(111) стало возможным различать слои Si и Ge посредством сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Обычно в СТМ трудно различить эти элементы из-за их схожей электронной структуры. Обнаруженное свойство было использовано недавно для контролируемого создания Ge/Si наноструктур на поверхности Si(111) [1] и позволило изучить перемешивание Ge и Si на атомном уровне [2].

Можно предположить несколько причин для объяснения наблюдаемого в СТМ контраста при использовании Bi. Эти причины могут быть как структурной, так и электронной природы. Во-первых, Ge обладает большей постоянной решетки по сравнению с Si, что должно вызывать искажение решетки в вертикальном направлении для уменьшения механического напряжения. Однако, измеряемая в СТМ разность высот поверхностей со слоями Ge и Si ΔHtot (рис. 1), достигающая 1.0 Å, на порядок больше значения, полученного из теории упругости ΔHgeom. Во-вторых, наблюдаемый в СТМ контраст мог бы возникать из-за различных поверхностный структур, индуцируемых атомами Bi на поверхностях слоёв кремния и германия. Однако снова мы должны исключить эту причину, так как по данным СТМ поверхностные структуры на гранях Si(111) и Ge(111) одинаковы и состоят из периодически расположенных тримеров Bi. Таким образом, наблюдаемая в СТМ разница высот между слоями Si(111) и Ge(111) должна иметь электронную природу. Целью работы было установление связи между электронной структурой поверхности и наблюдаемой в СТМ разницей высот слоёв Ge и Si. Метод исследования: компьютерное моделирование на основе теории функционала плотности (ТФП).'

• Ruslan Zhachuk and Jose Coutinho, Physical Review B 84 (2011) 193405: “Ab initio study of height contrast in scanning tunneling microscopy of Ge/Si surface layers grown on Si(111) in presence of Bi”
• Р.А. Жачук, Б.З. Ольшанецкий, Ж. Кутиньо, Письма в ЖЭТФ 95 (2012) 283: “Природа контраста в слоях Ge/Si(111) в сканирующей туннельной микроскопии в присутствии сурфактантов Bi и Sb”