Введение к работе
Актуальность темы. В связи с возросшими требованиями полупг. водниковой технологии и особенно одного из перспективных ее напрг легшії — наноэлектроникн — в настоящее время отмечается возросш интерес к исследованию атомарно-чистой поверхности и ее физнко-х мнческих свойств различными методами. Методика полевой электрс ной микроскопии является чрезвычайно перспективной в связи с вые кон чувствительностью к малейшим изменениям свойств как объеа так н структуры поверхности. Она дает возможность исследовать те1 ние адсорбционных процессов на различных кристаллографических гр нях полевого катода в одинаковых условиях, позволяет выяснить влі ние на процессы адсорбции сильного электрического поля. Преимущеч вом ее является «визуализация» процессов.
К настоящему времени накоплен обширный экспериментальн материал по исследованию атомарно-чистой поверхности Ge « взаимодействия с кислородом методом полевой электронной микросі ний,основанный на визуальных наблюдениях и измерениях интегральї го полевого электронного тока.. В дальнейшем было обнаружено яв; ние резкого возрастания скорости адсорбции кслорода на отдельн гранях Ge крн наличии сильного электрического поля вблизи пове[ ности полевого катода. Тем не менее измерения локальных полев электронных токов практически не проводились. В связи с эт для дальнейшего понимания физической природы процессов, протека щпх па атомарно-чистой поверхности С*е , а также механизма в: пмоденствня кислорода с различными гранями Ge. в сильном эле трпческом поле и в отсутствие его возникает настоятельная цеобхо; мость использования приборов, позволяющих проводить измерения ; кальных токов полевого катода из &е
Исследование адсорбции и электроадсорбцип 0^ на различи гранях (Зе. является актуальной задачей современной физики г верхиости твердого тела. Конкретные данные представляют не толі научный интерес, но и имеют большое прикладное значение для разлі ных областей микро- и наноэлектроникн.
Основная цель работы — более тщательное исследование явлен электроадсорбции кислорода на отдельных гранях <3е в идентичн условиях с целью выявления влияния кристаллографического строен н электронной структуры грани на закономерности изменения лока.; ного полевого электронного тока и работы выхода Ge при мал экспозициях (ІІ5-І0 "торр-мин), поскольку основные изменения полев электронных (ПЭ) изображений и ПЭ тока происходят па начальн стадиях электроадсорбшга. Необходимо было определить интерн электрических полей эффекта на различных гранях, дать обьяснеї происходящим явлениям.
Научная новизна результатов заключается в следующем:
1. Впервые для исследования свойств <3е полевого катода щ
енена методика измерения локальных токов, которая позволяла устра-ііть влияние вторичных электронов на результаты измерений /1, 2/.
-
Измерена работа выхода граней {100}у[111}({113} и {110} по-грхности Ge
-
Проведено сравнение адсорбционной способности к кислороду 5ластей{Ш}п{ПЗ}десорбированной поверхности германия. Экспе-шентально обнаружено сильное отличие изменений ПЭ тока области )0}во время адсорбции кислорода-
-
Проведено сравнение адсорбционной способности одного и того е участка поверхности Ge , очищенной десорбцией сильным іектрическим полем и после высокотемпературного прогрева.
-
Обнаружены ранее не наблюдавшиеся на Ge особенности ношения линейных вольтамперных характеристик и работы выхода при алых экспозициях в кислороде.
-
Экспериментально определен интервал полей электроадсорбцип іслорода на германии.
-
Выяснены характерные особенности очистки Ge. нолевого ітода от электроадсорбированного кислорода.
-
Впервые на основе квантовохнмического метода сохранения орбп-ільной симметрии показано наличие активационного барьера адсорб-ш кислорода на идеальной грани{100} германия.
9. Проведенный в настоящей работе расчет вклада тока с покрыто-
электроотрицательным адсорбатом участка поверхности позволил
[елать вывод о свойствах участков, еще не покрытых кислородом, н іьяснить уменьшение работы выхода Ge при малых экспозициях кислороде.
Основные защищаемые положения
-
Адсорбция кислорода на Ge существенно зависит от руктуры и электрофизических свойств поверхности Ge , что про-іляется в различном характере изменения ПЭ тока с разных участков ітода. Это позволяет рассматривать грани кристалла Ge в по-їдке убывания их адсорбционной активности.
-
Характер адсорбционных закономерностей существенно зависит наличия электрического поля вблизи поверхности Ge , Эффект ектроадсорбцни является пороговым. Влияние поля может быть ис-ільзовано как эффективный метод управления адсорбционной способ-істью отдельных граней монокристалла Ge
3. Границы полей электроадсорбции десорбированной поверхности
Ge определяются структорой грани; это может быть рекомеп-
івано для целей создания плотного адсорбционного покрытия на от-
льных гранях Ge и Si.
Практическая ценность и достоверность результатов
В работе получены новые систематические сведения о характере из-
гнения адсорбционно-эмисснонных свойств германия в зависимости от
іисталлографического строения адсорбента и наличия электриче-
ого поля вблизи поверхности. Практическое значение имеет также
разработка методических вопросов по режимам обработки <3е в вакууме для получения атомарно-чистой поверхности. В работе уто няется вопрос о критериях очистки поверхности Ge полевого к тода и решается вопрос о чувствительности его параметров к наибол распространенному внешнему воздействию — прогреву злектрическі током. Результаты исследований могут быть использованы в таких о ластях как катализ, твердотельная микроэлектроника, наноэлектрониь эмиссионная электроника, вакуумная техника и других, где необходил детальные сведения о микроскопической природе адсорбционных пр цессов. Они имеют также фундаментальное значение для развития пре ставлений о физико-химических явлениях на поверхности и в прип верхностной области полупроводников.
Достоверность, результатов определяется применением в нсследов
ниях надежного и хорошо зарекомендовавшего себя метода полет
электронной микроскопии-. Результаты получены в условиях сверхвыс
кого вакуума при постоянном визуальном контроле происходящих і
поверхности процессов с использованием в качестве источника кислор
да серебряного натекателя. Во время-исследований при напуске кнсл
рода соблюдались меры предосторожности, исключающие появление
приборе СО, 0+ н других нежелательных примесей. Результат
измерений многократно воспроизводились, этому вопросу уделяет особое внимание.
Апробация, работы. Материалы диссертационной работы докладі вались и обсуждались на Всесоюзных конференциях по эмнесношн электронике (XV — г. Киев, 1973 г.; XVIII — г. Москва, 1981 г.; XX г. Киев, 1987 г.), VI. Всесоюзном совещании по физике поверхности!, явлений в полупроводниках (г. Киев, 1977 г..), IV Всесоюзном совет нип по росту кристаллов (г. Цахкадзор, 1972 г.), III конференции «П левая ионная микроскопия и ее применение в промышленности» ( Свердловск, 1982 г.), IX. Всесоюзном совещании но квантовой хнмі (г. Иваново, 1985 г.), научных семинарах, кафедры электроники тверд го тела ЛГУ и кафедры общей физики ЫГПИ!
Публикации. Основные результаты выполненных исследоваш опубликованы в 13 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введени четырех глав и выводов, содержит 120 страниц машинописного текст 83 рисунка и 11 таблиц. Библиография состоит из 156 наименований.