Введение к работе
Актуальность темы. Дифракция быстрых электронов в геометрии отражения частиц от поверхности твердого тела является одним из надёжных способов получения информации о строении поверхности. Этот метод стал стандартным инструментом для технологии и исследований в области молекулярно-лучевой эпитаксии и активно развивался вместе с МЛЭ, однако, до настоящего времени далеко не все возможности этого метода используются.
Одним из наиболее интересных явлений, известных в дифракции (ДЭНЭ,' ДЭВЭО) и отражательной электронной микроскопии (ОЭМ)', является резонансное рассеяние (РР) быстрых электронов кристаллической поверхностью. , Оно проявляется в резком увеличении'коэффициента отражения в определенных (вообще говоря не брэгговских) условиях наблюдения. Это явление связывают с распространением дифракционного пучка вдоль поверхности, поэтому для всех методик, использующих рассеяние электронов, наибольшая чувствительность к состоянию поверхности должна проявляться именно в резонансных условиях.
Несмотря на значительное число работ, посвященных
исследованию резонансных явлений в дифракции, остается
много нерешенных проблем. На сегодняшний день, одной из
главных проблем является выяснение природы собственных
состояний кристалла, участвующих в резонансном
рассеянии электронов. Решение этой проблемы тормозится
недостатком экспериментальных данных. Проблема особенно
остро стоит в исследовании резонансного рассеяния для
энергий электронов 5-15 кэВ. Этому диапазону энергий
посвящено значительно меньше работ, чем более высоким
энергиям, однако именно такие энергии широко
используются в технологии МЛЭ.
Целью работы являлось: экспериментальное и
теоретическое исследование процессов упругого
(резонансного и брэгговского) рассеяния быстрых электронов поверхностью твердого тела на примере граней монокристаллов InAs и GaAs для получения дополнительной и более детальной информации из дифракционных данных о структуре поверхности и о происходящих на ней процессах.
Научная новизна работы.
1. Впервые обнаружены и исследованы резонансные
эффекты и характерная структура сдвоенных резонансных
парабол и колец в фоновой картине при дифракции
электронов с энергией порядка 10 кэВ от различных
граней InAs.
2. Получена экспериментальная информация о
локализации электронов " при пленарном и аксиальном
каналировании.
3. Разработан оригинальный метод расчета
стационарных состояний с использованием формализма
матриц рассеяния. Спектр поперечного движения быстрого
электрона при рассеянии от (111)A InAs подтверждает
вывод о каналировании быстрого электрона вдоль
поверхностной плоскости атомов.
. 4. Впервые обнаружены и исследованы новые двумерные упорядоченные фазы In на грани (111)A InAs: соразмерная (2х2)а и несоразмерная (0.77x0.77) и предложена структурная модель фазы (0.77x0.77) как плоскости (111) кристаллического In (ГЦК). Сопоставление эволюции изменений резонансных особенностей и брэгговских рефлексов при адсорбции In позволило идентифицировать новую фазу (2x2)а .
Научная и практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
1. Разработан простой и эффективный метод получения
атомарно-чистых и гладких поверхностей InAs.
Продемонстрирована хорошая пассивация поверхности InAs
в результате обработки в спиртовом растворе НС1 и
высокая воспроизводимость получения атомарно-чистой и
гладкой поверхности при низкотемпературном прогреве в
СВВ условиях. Показано, что применение этой методики
позволяет получать поверхности с характерным размером
террас ~ 1000 А.
-
Получен новый экспериментальный материал по резонансному рассеянию в дифракции быстрых электронов на отражение, в частности, о локализации волнового поля при .. планарном и аксиальном каналировании, что до настоящего времени было предметом, в основном,' теоретического рассмотрения.
-
Показана возможность использования эффектов резонансного рассеяния для идентификации поверхностных упорядоченных фаз.
На защиту выносятся:
1. Методика получения атомарно-чистых поверхностей
InAs и экспериментальные доказательства высокого
структурного совершенства поверхностей InAs, полученных
данной методикой.
2. Экспериментальное обнаружение и результаты
исследования эффектов планерного и аксиального
резонансного каналирования электронов с энергией 10 кэВ
при дифракции на гранях (111) А, (001) и (110) InAs.
Экспериментальная информация о локализации электронов в
резонансной волне, полученная путем исследования
влияния различных факторов (а именно: реконструкции и
морфологии поверхности, адсорбции чужеродных атомов на
поверхность и температуры образца) на резонансные
эффекты.
-
Метод и результаты расчета спектра состояний поперечного движения быстрого электрона в потенциале рассеяния InAs, метод разработан на основе формализма матриц рассеяния.
-
Экспериментальное обнаружение и исследование новых упорядоченных двумерных фаз In на поверхности (111)А InAs методом ДЭВЭО: соразмерной (2х2)а и
несоразмерной (0.77x0.77), а также структурная модель фазы (0.77x0.77).
5. Модель осцилляции интенсивности зеркального
рефлекса при эпитаксиальном росте, основанная на учете
интерференции амплитуд отражения от поверхностного
потенциала и брэгговского отражения от периодического
потенциала кристалла.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных семинарах по проблеме «Роста и структуры полупроводниковых пленок и кристаллов» и на традиционных конкурсах научных работ ИФП СО РАН, на седьмом семинаре социалистических стран по электронной спектроскопии (Бургас, Болгария, 1988), на Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ленинград, 1990), на Международной конференции «Эмиссионная электроника, новые методы и технологии» (Ташкент, Узбекистан, 1997), на 4-той Российской конференции по физике полупроводников (Новосибирск, 1999)
Публикации. Материалы диссертации опубликованы - в 11 статьях и 6 тезисах докладов, список которых приведен в конце реферата.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем ргіботьі 176 стр., включая 37 рисунков и 2 таблицы.
Похожие диссертации на Резонансное и брэгговское рассеяние быстрых электронов от совершенных поверхностей InAs и GaAs в дифракции на отражение
