12. Структура чистых поверхностей полупроводниковых кристаллов (сверхструктура). Поверхности (100) и (111) кремния.

Поверхность – двумерная система, и не только ее структура, но и многие явления выглядят на ней совсем не так, как в объеме.

Сверхструктура (англ. superstructure) — нарушение структуры кристаллического соединения или сплава, повторяющееся с определенной регулярностью и создающее таким образом новую структуру с другим периодом чередования. Базисная ячейка такой структуры — сверхячейка — обычно кратна элементарной ячейке исходной структуры. Термин «сверхструктура» был введен для описания структуры упорядоченных твердых растворов. Образование сверхструктуры происходит ниже некоторой температуры, называемой температурой упорядочения, в тех случаях, когда атомам данного сорта оказывается энергетически предпочтительнее быть окруженными атомами другого сорта. Сверхструктуры часто возникают в результате фазовых переходов 2-го рода. Образование сверхструктур сопровождается появлением слабых дополнительных сверхструктурных линий на дифрактограммах, которые используются для обнаружения и идентификации типа сверхструктуры.

Примером сверхструктуры может служить структура сплава Cu–Zn (латунь), где в неупорядоченном состоянии атомы Cu и Zn равновероятно распределяются по узлам объемноцентрированной решетки, а в упорядоченном состоянии атомы одного сорта занимают узлы в вершинах кубических ячеек, а другого — в их центрах.

Часто термин сверхструктура используют также для обозначения структуры, в которой при росте количества дефектов кристаллической решетки (атомов примесей, вакансий и т. д.) произошло упорядочение в размещении этих дефектов. Обычно такое упорядочение сопровождается понижением симметрии кристаллической решетки (см. рис.).

Схема образования различных видов сверхструктуры с удвоенным параметром элементарной ячейки на примере объемноцентрированной кристаллической решетки.

а) элементарная ячейка исходной структуры;

б) замещение половины катионов в исходной структуре другими катионами при упорядоченном чередовании катионов обоих типов;

в) замещение половины анионов в исходной структуре другими анионами при упорядоченном чередовании анионов обоих типов;

г) замещение половины анионов в исходной структуре анионными вакансиями при упорядоченном чередовании анионов и вакансий;

д) замещение половины катионов в исходной структуре вакансиями при упорядоченном чередовании катионов и вакансий;

е) упорядоченное смещение половины катионов в исходной структуре влево и половины катионов вправо.

Поверхности (100) и (111), но не кремния.

На поверхности монокристалла атомы образуют уменьшенное число связей по сравнению с массивными кристаллами, уменьшается его коордианционное число и как следствие, уменьшается энергия связи. На рис. приведены положения атомов металла на поверхности кристалла с простой кубической решеткой. (Ну не нашел я про кремний!!!)

На грани поверхности (100) катион окружен пятью анионами, он втягивается вглубь твердого тела и его координация понижена до квадратной пирамиды. На грани (110) координация центрального атома понижается до 4-х, а на грани (111) – до 3-х.