Введение к работе
Актуальность темы. Развитие электроники идет по пути дальнейшей миниатюризации приборов и интегральных схем. На основе тонкопленочной технологии создаются новые приборы, компоненты различных электронных устройств. Толщина применяемых в промышленности пленок в настоящее время лежит в пределах от сотен ангстрем до нескольких микрон. Дальнейшая миниатюризация связана с уменьшением этих размеров до толщин близких к атомным монослоям, что позволит создать предпосылки для разработки приборов нового поколения. С созданием сверхвысоковакуумных установок у исследователей появилась возможность не только получать пленки металлов монослойной толщины на атомарночистой поверхности полупроводников, но и сохранять их длительное время для проведения необходимых исследований. Изучение электрофизических свойств таких пленок представляет как научный, так и практический интерес.
Свойства пленок металлов близких к монослойным толщинам на атомарночистой поверхности полупроводников отличаются от свойств объёмных металлов и определяются взаимодействием адатомов металла друг с другом и с атомами подложки. Адатомы металла на поверхности полупроводника могут формировать двумерные решетки - поверхностные фазы (ПФ), структура которых, во-первых, не характерна для трехмерного металла, и во-вторых, имеет параметр решетки задаваемый подложкой, т.е.существенно больший, чем для объемного металла. Такие ПФ обладают собственной электронной структурой, исследования которой представляют несомненный интерес. Сведения об этой электронной структуре могут быть получены из электронных транспортных свойств.
Исследования электронного транспорта в субмонослойных пленках металлов на поверхности полупроводника по существу не проводились. Известны лишь работы для сверхслоев Ад на Ge и пленок m на Ge [1,2]. Для исследования электронного транспорта в субмонослойных пленках металлов были выбраны системы: si(iii)-m и si(iii)-cr. Система si(iii)-in была выбрана по
двум причинам: I)si/m интерфейс является очень резким и однородным, 2)монослойные поверхностные фазы m на si(iii) могут быть легко сформированы при напылении m на чистую поверхность si(in)-7x7, с последующим отжигом в сверхвысоком вакууме при Т=400С. Система si(iii)-cr представляет большой интерес из-за высокой термостабильности силицидов хрома и совершенного совпадения параметров . кристаллической решетки пленок с параметрами кристаллической решетки кремния в плоскости (ill). Хотя электрофизические свойства толстых пленок силицидов хрома были исследованы раннее, вместе с тем вопрос об электрофизических свойствах ПФ si-cr и ультратонких эпитаксиальных пленок силицидов сг на si(iii) остается открытым.
Цель данной работы - исследование электронных транспортных СВОЙСТВ ПФ Si(lll)-In(lxl)R30, Si(lll)-Cr(/3 X /3)К30
и ультратонких пленок crsi2 и crsi, покрытых пленкой аморфного кремния, в сильном магнитном поле ІОТл в диапазоне температур І.2К-300К,
- исследование электронных транспортных свойств ПФ
si(iii)-in(ixi)R3o и островковых пленок m на поверхности
si(in) in situ в сверхвысоком вакууме, в диапазоне
температур 40К-300К, с использованием Оже-электронной
спектроскопии и дифракции медленных электронов для контроля
состояния поверхности s(iii) и пленок In,
получение информации об электронном спектре, концентрации носителей и их подвижности в ПФ и ультратонких пленках m и сг на si (Hi),
исследование зависимости контактной разности потенциалов (КРП) от количества in на поверхности si(iii).
Научная новизна.
-
Создана методика для in situ исследований электронных транспортных свойств ПФ в сверхвысоком вакууме в диапазоне температур 40-ЗСЮК с использованием Оже-анализа, ДМЭ и КРП для контроля состава и структуры поверхности полупроводника и осаждаемого металла*.
-
Впервые экспериментально исследованы электронные транс-
портные явления в ПФ металлов (in, сг). на поверхности полупроводника (s і(111)).
-
Показано, что поверхностные фазы si-m-asi и si-in имеет полупроводниковый характер температурной зависимости поверхностного сопротивления, с п-типом носителей, энергией активации Еакт *94мэВ и подвижностью электронов превышающей подвижность носителей в подложке Si.
-
Выделен вклад в проводимость металлических островков in на поверхности si(in) и показано, что он носит немонотонный характер.
5. Показано, что поверхностная проводимость монослойной
поверхностной фазы si-cr-asi больше минимальной металлической
проводимости и описывается степенной зависимостью о-(т) - т *
что не находит объяснения, как в рамках теории перехода
металл-диэлектрик, так и теории локализации.
-
Обнаружено, что ультратонкие (I6A) пленки crsi на si(iii) имеют металлический характер проводимости, со слабой температурной зависимостью и имеют поверхностное сопротивление на порядок меньше, чем для пленки CrSi2.
-
Показано, что эпитаксиальные пленки crsi2 (ЮОА) также проявляют металлический электронный транспорт. Низкотемпературная часть <гп(т) описывается логарифмической температурной зависимостью и свидетельствует об определяющем вкладе электрон-электронного взаимодейс твия.
8. Показано, что проводимость пленок силицидов сг носит
дырочный характер с металлической концентрацией дырок
р = 3-1015см , практически не зависящей от температуры.
Холловская подвижность дырок весьма мала д * 7см^/В-сек.
На защиту выносятся:
результаты экспериментального исследования электрофизических СВОЙСТВ ПФ Si-In-aSi И Si-In,
результаты исследования проводимости металлических островков in на поверхности si(iii),
- результаты исследования электрофизических свойств ПФ
Si-Cr-aSi.
- результаты исследования проводимости ультратонких пленок
силицидов сг на si(iii). Практическая ценность.
Информация об электрофизических свойствах ПФ металлов на поверхности полупроводников представляет интерес, для производства полупроводниковых приборов на основе ультратонких пленок металлов на поверхности полупроводников.
Используя свойства ПФ и зная условия их получения, представляется возможным изготовление дельта-слоев на основе этих ПФ со строго фиксированным количеством металла.
Количественные и качественные данные об электрофизических свойствах ПФ si-cr и ультратонких пленок силицидов сг необходимы при реализации сверхвысоковакуумных технологических процессов в микроэлектроннике, при изготовлении контактных площадок, сверхтонких проводников и т.д.
Обоснование и достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается:
- повторяемостью результатов в серии экспериментов на
образцах с ПФ si-in, полученных в условиях сверхвысокого
вакуума, с использованием высокочистых материалов и контролем
параметров экспериментов с высокой точностью,'
- использованием известных методов и методик исследования.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы ДОКЛадываЛИСЬ И Обсуждались: Ha 9th European Conference on Surface Science, Lucern, Switzerland, 1987; НЭ 25-OM
Всесоюзном совещании по физике низких температур, Ленинград, 1988; на Всесоюной конференции "Поверхность-89",
Черноголовка, 1989; на 7th International Conference on Solid Surfaces, Cologne, Germany, 1989; НЭ 4th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces, Jiilich, Germany, 1993.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, перечисленных в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит W страниц, включая $2_ рисунквби список литературы из i±JL наименований.
