"Влияние структуры и деформации поверхности Ge(111) на диффузию атомов Ge". Руслан Анатольевич Жачук, ИФП СО РАН, 16.6.2026
Состав коллектива
- Жачук Руслан Анатольевич, ИФП СО РАН, с. н. с., д.ф.-м.н,
- Латышев Александр Васильевич, ИФП СО РАН, д.ф.-м.н, академик РАН, директор.
Аннотация
С помощью расчетов на основе теории функционала плотности исследован атомный механизм влияния деформаций сжатия, образующихся на поверхности эпитаксиальных слоев Ge(111) со структурами 5×5 и 7×7, выращенных на подложке Si(111), на диффузию адатомов Ge. Установлены стабильные места адсорбции адатомов, их энергии, пути диффузии и соответствующие активационные барьеры. Было найдено, что энергетический барьер, ограничивающий миграцию адатомов Ge на большие расстояния, расположен вблизи угловых вакансий структуры 7×7 и вызван образованием ковалентной связи между адатомом Ge и атомом димера в составе структур 5×5 или 7×7. Показано, что скорости диффузии Ge на реконструированных поверхностях Ge(111)-5×5 и -7×7 должны быть близкими. Сопоставимые скорости диффузии на этих реконструированных поверхностях объясняются идентичным локальным расположением атомов в структурах 5×5 и 7×7. Кроме того, было найдено, что диффузионный барьер на упруго-сжатой поверхности Ge(111) значительно выше, чем на недеформированной поверхности. Увеличение диффузионного барьера на деформированной поверхности Ge(111) объясняется усилением связей в димерах при сжатии поверхности, что приводит к ослаблению связи между адатомом Ge и димером.
Финансовая поддержка
- Грант РНФ 19-72-30023 «Физико-химические основы создания функциональных полупроводниковых наносистем», руководитель Латышев А.В.
Иллюстрации
 | Рельеф поверхности потенциальной энергии E(x, y) для атома Ge на поверхности Ge(111)-7×7. Контурные линии расположены с шагом 0.2 эВ по энергии. Светлые (темные) области соответствуют низкой (высокой) энергии. Элементы структуры 7×7 выделены штриховыми линиями: большие кружки - адатомы, средние - рест-атомы, гантельки - димеры. Пронумерованные точки (u или f) указывают на места локальных минимумов в бездефектной (unfaulted) и дефектной (faulted) половинках ячейки 7×7. Светлые линии (L1–L4) указывают положения рассчитанных путей миграции адатома между половинками ячейки 7×7. Сплошная темная линия между минимумами 2u и 2f на рис. а - путь с минимальной высотой энергетического барьера (minimum energy path, MEP) для миграции адатома на большие расстояния. (а) Недеформированная поверхность. (б) Упруго-сжатая на 4% поверхность. |
 | Профили поверхностей потенциальной энергии вдоль линий L1 – L4 на недеформированной (а) и на упруго-сжатой (б) поверхностях Ge(111)-7×7, представленных на рис. 1(а) и 1(б) соответственно. Для каждой из поверхностей за начало шкалы энергии принята энергия наиболее глубокого минимума (2f для недеформированной и 6f для упруго-сжатой поверхностей). |
 | Вертикальное сечение плотности валентных электронов для адатома Ge, адсорбированного в центре линии L1 на рис. 1 а, б (сечение вдоль ряда димеров структуры 7×7). (а) Недеформированная поверхность. (б) Упруго-сжатая на 4% поверхность. Стрелкой показана ковалентная связь, образующаяся между адатомом Ge и атомом димера. Длина связей указана в ангстремах. |
Публикации
- R. A. Zhachuk, A.V. Latyshev and J. Coutinho, “Impact of strain and surface reconstruction on long-range diffusion of Ge atoms on Ge(111) surface”, Physical Review B (Impact Factor: 3.7), 107, 245305 (2023). DOI: 10.1103/PhysRevB.107.245305
- Р.А. Жачук, “Атомный механизм влияния упругих деформаций эпитаксиальных слоев Ge на поверхности Si(111) на диффузию адатомов Ge”, Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики (Impact Factor: 0.8), 166, 232 (2024). DOI: 10.31857/S004445102408008X