Динамические характеристики поверхностных атомов

Материал и исследуемая грань	Энергия электронов,* эВ	Температура Дебая,* К	Среднеквадратичные смещения атомов,* Å
Si (111)	65	402	0,098
	105	447	0,088
	155	472	0,084
	215	502	0,079
	285	526	0,075
GaAs(111)	35	248	-
	75	256	0,096
	127	271	0,091
	189	274	0,0897
	262	276	0,089
GaAs( )	70	236	0,104
	112	247	0,099
	165	262	0,094
	229	272	0,090
	303	281	0,087

*Точность определения энергии ±1 эВ, температуры ±10 К, среднеквадратичного смещения ±510^-3Å.

Для поверхности (111) кремния примерно в 1,5 раза больше . Для арсенида галлия среднеквадратичная амплитуда колебания атомов превышает на поверхности (111)А в 1,3 раза, а по поверхности ( )В в 1,6 раза. Экспериментально установлено изменение динамических свойств поверхностных атомов германия в зависимости от двухмерной структуры исследуемой поверхности. Для поверхностного слоя со сверхструктурой (21) температура Дебая меньше, чем для слоя с поверхностной структурой (11), а среднеквадратичные смещения поверхностных атомов находятся в соотношении . Исходя из этих результатов, можно заключить, что структурный переход на поверхности (111) германия сопровождается изменением межатомной силы связи.

С помощью метода ДМЭ можно найти еще один важный параметр поверхности – коэффициент термического расширения решетки по нормали (_) и в плоскости исследуемой грани (_). Значения _ можно определить по температурному сдвигу брэгговских максимумов на зависимостях интенсивности рефлексов от энергии. Значение _ рассчитываются по температурному смещению пятен на экране электронографа.

Оказалось, что для Si, Ge, GaAs и ряда металлов _пов>_об, т.е. ангармоничность колебаний возрастает при переходе к поверхностным атомам.

АТОМНЫЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ, ОПРЕДЕЛЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ ДМЭ

Как уже отмечалось выше, поверхностные атомы находятся в иных усло­виях по сравнению с объемными. Это должно изменить структуру поверхности, причем наибольшую перестройку будут испытывать кристаллы с направленной связью.

Перестройка поверхности приводит к появлению добавочных рефлексов в дифракционной картине. Так, от поверхности кремния (111) наблюдаются рефлексы дробного порядка, расположенные на расстояниях в 7 раз меньших, чем рефлексы, характеризующие объемную решетку. Это свидетельствует о наличии сверхструктуры с периодом, в 7 раз большим, чем период объемной решетки.

В настоящее время поверхностные сверхструктуры обнаружены для ряда полупроводниковых кристаллов. Двухмерные структуры, наблюдаемые при помощи ДМЭ на поверхностях полупроводников Si, Ge и GaAs, приведены в таблице 6.1.

Многообразие поверхностных структур для этих материалов, полученных разными авторами, можно, по-видимому, объяснить различным состоянием исследуемых поверхностей.

Так, например, Томас и Франкомбе провели ряд экспериментов, исходя из результатов которых, они утверждают, что сверхструктура Si(111)-7 свойственна примесным, а структура Si(111)-1 – атомарно-чистым поверхностям. Их доказательства состоят в следующем: 1) сверхструктура (77) возникла на высокочистом кремнии только после отжига при 1200 °С, а на примесном кремнии сверхструктура (77) появилась при низких температурах; 2) при низких температурах гомоэпитаксии, когда диффузия примесей на поверхность сквозь пленку маловероятна, наблюдается структура (11), а выше 800 °С регистрируется сверхструктура (77).

Таблица 6.1.