Распределение концентрации адатомов и поверхностных вакансий на экстремально широких террасах поверхности Si(111) в процессе сублимации / Макеев М.А., Рогило Д.И., Федина Л.И., Пономарёв С.А., Щеглов Д.В., Латышев А.В.

Методами in situ сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии (СВВ ОЭМ)и ex situ атомно-силовой микроскопии изучено распределение концентрации адатомов n наэкстремально широких круглых террасах поверхности Si(111) (диаметром ~100 мкм), быстроохлаждённых (~400°C/с) от температур сублимации в интервале (1020–1110°C). На основеполученных экспериментально зависимостей n(r) ивремён жизни адатомов до десорбции определено,что при увеличении температуры от 1020°C до1110°C длина диффузии адатома уменьшается от 60мкм до 22 мкм, а коэффициент поверхностнойдиффузии увеличивается от 85 мкм2/с до 125 мкм2/с,соответственно. На основе этих данных определенаэнергия десорбции адатома ϵdes≈3.6 эВ и энергияактивации поверхностной диффузии ϵdif ≈1.1 эВ.В интервале температур 840–1110°C измеренатемпературная зависимость равновеснойконцентрации адатомов neq(T) на террасахповерхности Si(111) шириной ~1 мкм.Экспериментально показано, что neq монотоннорастёт с температурой от 0.08 БС при 840°C до 0.20БС при 1110°C (1 БС=1.56×1015 см−2), чтосоответствует энергии формирования адатомаϵdes≈0.4 эВ. Хотя полученные значения ϵad, ϵdes и ϵdif существенно отличаются от предыдущих оценок,их линейные комбинации ϵdif + ϵad ≈1.5 эВ и ϵdes − ϵdif ≈2.6 эВ хорошо согласуются с наиболеепрецизионными опубликованными данными (1.53 эВ и 2.56 эВ, соответственно) [1].Экспериментально получено распределение концентрации доменов сверхструктуры 7×7 n7×7,зародившихся при T=830°C в процессе быстрого охлаждения террасы Si(111) диаметром 100 мкм. Сиспользованием того, что зарождение и стабилизация сверхструктурного домена требуетформирования тетравакансии [2], впервые рассчитано распределение концентрации поверхностныхвакансий nv(r)~n7×71/4 . Показано, что концентрация поверхностных вакансий nv достигает максимумав центре террасы (nv~0.03 БС) и имеет минимум вблизи моноатомной ступени (nv~0.02 БС), чтосоответствует энергии формирования адатомно-вакансионной пары ≥0.5 эВ.