Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
в ряде случаев приводит либо к исчезновению существующих, либо к
появлению новых сверхструктур. Многие из ранее вошедших в справочник по
сверхрешеткам структур были впоследствии отвергнуты из-за их примесного
происхождения. Ныне каждое измерение спектров ДМЭ обязательно
сопровождается измерениями спектров оже-электронов. Однако
чувствительность ЭОС невысока, не более 1012 атомов примеси на см2. Такие
поверхности теперь часто называют "оже-чистыми". Эксперименты последних
лет убедительно показывают, что даже появление примеси в количествах,
меньших числа элементарных ячеек, сопровождается перестройкой всей
наблюдаемой при ДМЭ поверхностной сверхструктуры. Так, следы Ni2+ (менее
1 % монослоя) на поверхности Si (100) приводили к разнообразным фазовым
перестройкам типа 2 ха, где а принимает значения от 6 до 10. Число
перестроенных в этих фазах ячеек составляло = 5-8 % от числа
неперестроенных. Следовательно, даже малые концентрации примесей могут
инициировать фазовые переходы в отдельных доменах поверхностной
сверхструктуры. В этом нет ничего удивительного - фазовый переход
является коллективным эффектом. Заметим, что ЭОС дает лишь среднюю
концентрацию примесей. На вицинальных поверхностях примеси могут
сегрегировать на ступеньках и выходах дислокаций (рис.5.1). Не исключено,
что белые "дыры" в области атомной ступеньки на изображении СТМ (рис.4.7)
являются атомами примесей. Заметим, что доминирующей примесью на
поверхности многих металлов и полупроводников (Si, Ge) является
диффундировавший из объема углерод, который попадает в материал в
процессе роста кристаллов ).
*) Интересно отметить обнаруженные недавно Сакурой с помощью СТМ на
поверхности Si (111) 7 х 7 сферовидные кластеры углерода С60 с размерами
1,2-2 нм. Подобные молекулы-кластеры ранее наблюдались в межзвездном
космическом пространстве!
152
Глава 5
Дифракционная картина является результатом интерференции в отраженном от
поверхности пучке. Уже давно высказывалось сомнение, не обусловлена ли
эта интерференционная картина отражением от соответствующим образом
ориентированных друг относительно друга поверхностных доменов, а не от
всей однородной перестроенной решетки. Так, длиннопериодические
структуры, например, Ge (111) 8 х 8, могут являться результатом
суперпозиций рефлексов от доменов 2x8, ориентированных в трех различных
направлениях. Гипотеза о доменной природе сверхрешеток является до сих
пор предметом острых дискуссий между "20-кристаллографами". Привлечение к
исследованию структуры поверхностей, помимо ДМЭ, других методов анализа
дало ряд веских аргументов в пользу существования доменов. На той же
поверхности Ge (111) с помощью СТМ были обнаружены домены 2 х 8 с
размерами 40 нм, симметричные и антисимметричные по отношению к осям
кристалла. Измерения адсорбции атомов водорода и последующий анализ
образовавшихся гидрид-ных групп на поверхностях Si (111) и (100) не
выявили различий между сверхрешетками 2 х 1 и 7 х 7, что также говорит в
пользу доменной гипотезы. Недавно с помощью высокотемпературного
наноскопа на поверхности Si (111) были обнаружены устойчивые домены 5x5.
Много споров вызывает вопрос о происхождении длиннопериодических
структур. Например, на золоте Ап (100) были обнаружены решетки с
периодами 20 х 5, 26 х 68 по данным ДМЭ и 28 х 5 по данным СТМ.
Исследования методом РЭМ под малыми углами падения подтвердили доменную
структуру этих поверхностей, причем домены обладали разной
сверхструктурой. Ориентация доменов изменялась не только в плоскости X,Y,
но и по толщине фазы - оси Z (ЗЭ-домены).
Эллипсометрические исследования поверхностей Ge и Si, очищенных ионной
бомбардировкой, часто указывают на присутствие тонких слоев (" 0,4 нм)
аморфных модификаций этих элементов. К близким результатам приводят и
данные дифракции низкоэнерге-тичных (?о = 10-100 мэВ) пучков атомов Не
(метод ДАМП) на поверхности Si (100) 2x1. Авторы всех этих исследований
отмечают пятнистый характер поверхности.
Несомненно, данные дифракции свидетельствуют о присутствии на атомарно-
чистой поверхности периодических структур. Однако, вопрос об их
протяженности и топографии атомов, т е. об адекватности картины,
получаемой методом ДМЭ для всей исследуемой поверхности монокристалла
остается пока открытым. Сравнение данных ДМЭ и СТМ не всегда дают
убедительные доказательства в пользу однородной (монодоменной) структуры,
поскольку данные дифракции несут информацию о площадках не менее 1 мкм2,
а
Природа атомарно-чистых поверхностей твердого тем
153
СТМ ~ 102- 104 нм2. Следует также помнить, что изображение СТМ получается
в условиях высокой напряженности неоднородного электрического поля.
Представление об однородной реконструированной поверхности трудно
сочетается с недавно полученными данными о плотности таких поверхностей.
Оказалось, что плотность реконструированных поверхностей (Ш) и (100) Ап и
Pt выше соответствующих плотностей в объеме кристаллов.
