Влияние потока Si на фазовый переход (77)(11) на поверхности Si (111) / Мансуров В.Г., Галицын Ю.Г., Малин Т.В., Милахин Д.С., Журавлев К.С

Abstract

Поверхность кремния и, в частности, поверхность Si(111), по настоящее время является важнейшей для электронной технологии. Хорошо известно, что чистая поверхность Si(111) имеет реконструкцию (77), а при повышении температуры поверхности до температур около 1120 К (830- 850°С) происходит фазовый структурный переход (77)-(11). Предполагается, что причиной фазового перехода (ФП) (77)-(11) является увеличение концентрации избыточных подвижных адатомов кремния от 0.08 Мсл до 0.2 Мсл при увеличении температуры поверхности выше 850°С. На высокотемпературной структуре (11) концентрация подвижных адатомов кремния выше на 0.12 Мсл, чем на структуре (77), что было обнаружено при сравнении количества неупорядоченных островков Si, наблюдаемых на структуре (77) методом СТМ, после резкого охлаждения поверхности от 900°С и 600°С до достаточно низких температур (так называемый, quenching) [1]. Поэтому под внешним потоком кремния будет происходить понижение температуры перехода Тс, другими словами внешний поток стабилизирует неупорядоченную фазу (11). В работе [2] сдвиг температуры оценен как ΔT = –3 K при малом ростовом потоке кремния 4.4х1012 атомов/(см2 с), а в работе [3] предполагалось, что сдвиг может оказаться больше, вплоть до 30 К, при увеличении потока кремния до 4х1013 атомов/(см2 *с). Однако прямых измерений сдвига температуры перехода под потоком кремния проведено не было. В настоящей работе исследован ФП (77)-(11) без потока кремния и под воздействием потока кремния методом дифракции быстрых электронов. Давление в потоке кремния, т.е. измеренное вакуумметром на месте образца, составляло 4х10-10 Торр, что эквивалентно потоку 1-1.5х1013 атомов/(см2 *с). Представлено поведение интенсивности дробного RHEED рефлекса (0 3/7) при переходе (77)-(11). Совпадение прямого и обратного хода кривой изменения интенсивности, а также увеличение ширины рефлекса вблизи критической точки, свидетельствуют о непрерывности ФП с критической температурой Tc=1135 K (862 С). Видно, что при воздействии потока кремния на поверхность кривая фазового перехода сдвигается в область более низких температур, сдвиг составляет 10-12°С. Мы полагаем, что эффект может быть объяснен отталкиванием адатомов кремния, что приводит к снижению эффективного взаимодействия, которое обеспечивает энергетический выигрыш при формировании (77).