Морфологические исследования графеноподобного слоя Si3N3 на поверхности Si(111) / Мансуров В.Г., Галицын Ю.Г., Малин Т.В., Милахин Д.С., Тийс С.А., Журавлев К.С.

На начальных этапах нитридизации чистой поверхности Si(111) возникает структура (8x8).Ранее нами была детально исследована кинетика образования структуры (8x8) методом RHEED,проведены HRTEM исследования, а также методом СТМ/СТС мы исследовали атомное иэлектронное строение структуры (8х8) [1-3]. Хотя господствующей моделью структуры (8х8)является реконструированная поверхность тонкого кристалла -S3N4 с адсорбированным азотом,нами было показано, что структура (8x8) является графеноподобным слоем g-Si3N3. В предложеннойнами модели g-Si3N3 состоит из сотовой структуры и упорядоченной адсорбционной фазы кремния наней. В данной работе мы исследовали механизм образования островков g-Si3N3 методами RHEED иСТМ/СТС.В ранее предложенных моделях предполагалась ключевая роль термической диффузиикомпонентов к центрам кристаллообразования нитрида кремния -Si3N4 [4]. При таком механизмезародышеобразования должна была бы проявляться существенная температурная зависимостьскорости образования островков из-за необходимости преодолевать диффузионный барьер, а такжеактивационный барьер при встраивании компонентов в узлы -Si3N4. Однако нашиэкспериментальные данные показывают отсутствие температурной зависимости скоростиобразования структуры (8х8). Кроме того, в той же работе [4] считается, что островки нитридакремния образуются в областях поверхности Si(111), которые растравлены активным азотом. Такаяинтерпретация возникла, поскольку островки нитрида кремния в изображениях СТМ, проявляютсякак более темные области. Однако, по нашему мнению, островки нитрида кремния образуютсянаверху поверхности кремния, а темный контраст возникает из-за влияния на туннельный ток низкойпроводимости нитрида кремния (это хороший изолятор).Мы рассматриваем образование островков g-Si3N3 как фазовый переход в рамках моделирешеточного газа на поверхности Si(111). В этой модели, важную роль играет, так называемая,критическая концентрация заполненных ячеек решеточного газа, образующимися структурнымиединицами Si-N, при образовании островков g-Si3N3. Другими словами, критическая концентрация -это концентрация, при которой происходит переход газовой ветви в ветвь конденсированногосостояния. Как мы показали, концентрация Si-N определяется концентрацией подвижных адатомовкремния при данной температуре поверхности Si(111). Концентрация подвижных адатомов кремнияповышается с ростом температуры, теплота образования подвижных адатомов 1.7 эВ [1-3]. Приотносительно низких температурах (<800°C), то есть при низких концентрациях подвижных адатомовкремния, критическая концентрация Si-N возникает в областях малых размеров из-за флуктуацийконцентрации подвижного кремния. Поэтому возникают островки g-Si3N3 малых размеров. Привысоких температурах, т.е. при большой концентрации подвижных адатомов кремния, такой фазовыйпереход захватывает большие области поверхности, и возникают двумерные островки g-Si3N3больших размеров.