Введение к работе
Актуальность работы. На протяжении нескольких последних десятилетий неуклонно возрастал интерес к исследованию различных низкоразмерных систем, обусловленный нуждами современной микроэлектроники, развитие которой оказывает определяющее влияние на ход научно-технического прогресса. Начиная с создания транзистора электронная индустрия шла по пути миниатюризации и интеграции электронных приборов, построенных на основе кремния, германия и, в последнее время, арсешща галлия. Однако в конце 70-х в связи с приближением к пределу возможностей литографической технологии качались интенсивные поиски альтернативных материалов и технологий.
Тонкие пленки, состоящие из больших углеродосодержащих органических и неорганических молекул, связанных между собой относительно слабыми силами межмолекулярного взаимодействия, имеют множество потенциальных возможностей использования в различных областях науки и технологии. Сравнительно недавно синтезированные молекулы Сб0 и корбатина, на основе которых могут
различными способами создаваться упорядоченные монослойные и многослойные пленки, являются перспективными для создания в будущем на их основе функциональных элементов микроэлектроники. Успешное использование этих материалов возможно только после проведения комплекса фундаментальных исследований их электронных и электрофизических свойств.
Несмотря на достаточно большое количество работ, посвященных исследованию электронной структуры С , практически
все они касаются области энергий вблизи уровня Ферми. Диапазон энергий 10 - 30 эВ выше уровня Ферми остается практически неисследованным. По сравнению с традиционными материалами электронная структура органических пленок достаточно мало исследована.
Одним из немногих методов, позволяющих получать информацию о незаполненных состояниях, расположенных выше уровня вакуума, является метод спектроскопии полного тока (СПТ). Кроме того, данная методика позволяет производить исследования электрофизических свойств тонкопленочных объектов, таких как проводимость в направлении поперек пленки, фотопотенциал, а также измерять работу выхода поверхности.
Необходимость получения сведений об электронной структуре, закономерностях формирования, устойчивости к различным воздействиям вышеперечисленных новых макромолекулярных соединений делает актуальным применение к их исследованию методов
электронной спектроскопии. В связи с этим тематика исследований, выполненных в диссертационной работе, является актуальной.
Цель работы. Целью диссертационной работы было
исследование с применением комплекса электронно-
спектроскопических методик процессов формирования тонких пленок фуллерена С на различных подложках и динамики изменения их
электронной структуры при переходе от отдельных адсорбированных на поверхности подложки молекул к монослойному покрытию и далее к трехмерной многослойной пленке, а также электронной структуры и электрофизических свойств органических макромолекулярных пленок корбатина, нанесенных на кремниевую подложку методом Ленгмюра -Блоджетг.
В качестве объектов исследования были выбраны тонкие макромолекулярные пленки двух типов. Тонкие пленки фуллерена С60
наносились in situ на полупроводниковую (CdTe), металлическую (поверхность Cu(lll)) подложки, на поверхность органической Ленгмюр-Блоджетг пленки корбатина, а также на инертную по отношению к С60 поверхность углеродной пленки. Кроме того,
объектом исследования являлись Ленгмюр-Блоджетт пленки корбатина различной толщины (2Y и 38Y слоев) на поверхности аморфного кремния. Полное химическое название корбатина и формула: октадециламинометиддегидрокорбатин (C18H37NHCH2C26S2H11). Научная новизна работы.
1. В работе впервые измерены спектры полного тока С60 и
изучена их эволюция в процессах формирования слоев С60 на ряде
подложек: полупроводниковой (CdTe), металлической (поверхность Си(111)), на поверхности органической Ленгмюр-Блоджетг пленки, а также на инертной по отношению к С углеродной пленке.
2. Впервые измерены спектры тока упруго отраженных
электронов от поверхности С , угловые зависимости спектров
полного тока и спектры вторичной электронной эмиссии монослойной пленки С на поверхности Си(111). Результаты
совместного анализа полученных экспериментальных данных позволили сделать вывод о том, что тонкая структура спектров полного тока С обусловлена изменениями коэффициента упругого
отражения электронов на границах энергетических зон, расположенных выше уровня вакуума.
3. Посредством комплекса электронно-спектроскопических
методик исследованы процессы напыления и отжига упорядоченных
пленок фуллерена С, на поверхности Си(111). Найдены условия
гетероэпитаксиалыюго роста монослойных и многослойных пленок
С60 на данной монокристаллической поверхности. Изучено поведение многослойной пленки С60 на поверхности монокристалла меди в
процессе отжига в диапазоне температур 293 - 1125 К.
-
Макромолекулярные органические Ленгмюр-Блоджетт плешей корбатина на поверхности кремния впервые исследовались в вакуумных условиях методами электронной спектроскопии. Установлена стабильность пленок корбатина па поверхности кремния в условиях сверхвысокого вакуума и под воздействием низкоэнергетического электрошюго пучка (Е < 30 эВ, j = 108 А/см2). Впервые измерены спектры полного тока Ленгмюр-Блоджетт пленок корбатина и предложена интерпретация общей структуры полученных спектров.
-
Обнаружен и исследован фотовольтаический эффект в системе кремний - ЛБ пленка корбатина. Измерены зависимость величины фотопотенциала от интенсивности освещения, спектральные распределения фотопотенциала, переходные характеристики фотоЭДС. Установлено, что фотоЭДС возникает при поглощении света как в кремнии, так и в пленке корбатина.
Научная и практическая ценность работы состоит в получении данных об электронной структуре, которые могут быть использованы при построении и корректировке теоретических моделей зонной структуры фуллеренов. Практическое значите работы заключается в выработке рекомендаций по режимам формирования тонких слоев С
на различных подложках, а также обнаружении фотовольтаического эффекта в системе кремний - Ленгмюр-Блоджетт пленка корбатина, что может найти применение в микро-, надо- и опто- электронике. Основные защищаемые положения:
1. Модифицированная комплексная сверхвысоковакуумная
экспериментальная установка, объединяющая электронно-
спектроскопические и фотоэлектрические методики, позволяющая
производить исследования электронного спектра, процессов
формирования тонких пленок, измерять фотоЭДС пленочных систем
при помощи иизкоэнергетического электрошюго пучка.
2. Результаты исследования эволюции спектров полного тока в
процессе напыления пленок С60 на подложки различных типов: CdTe,
Си, углеродная пленка на поверхности меди, угловых зависимостей спектров ПТ С60, и установленная связь тонкой структуры спектра ПТ
С.0 со структурой незаполненных электронных состояний,
расположмшых выше уровня вакуума.
3. Температурные режимы напыления и отжига пленок
фуллерена С60 на поверхности Cu(lll), позволяющие получать
монослойные и многослойные упорядоченные пленки С60 на данной
монокристаллической поверхности.
4. Установленная стабильность Ленгмюр-Блоджетт пленок корбатина в вакууме и под воздействием низкоэнергетического электронного пучка, обнаруженный фотовольтаический эффект в системе кремний - ЛБ пленка корбатина и результаты его исследования. Показано, что .фотоЭДС возникает при поглощении света как в кремнии, так и в пленке корбатина.
Апробация работы. Основные результаты работы
докладывались и обсуждались на VI Международной Школе ЮНЕСКО по физике твердого тела (С.-Петербург, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано и принято в печать 5 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 105 страниц основного текста, 49 рисунков на 47 страницах и библиографию из 130 названий на 15 страницах (общий объем диссертации - 167 страниц).
