鐵和錳的硅化物納米結構在硅襯底上的外延生長及其XPS研究.pdf

1、鐵和錳的硅化物都具有豐富的物理性質,在光電器件、光纖互連、紅外探測器和熱電等方面有著巨大的應用潛力。本文使用分子束外延方法成功在Si(111)和Si(110)表面制備出鐵和錳的硅化物納米結構,使用STM和XPS對其進行了分析研究,探討了生長參數對鐵硅化合物在Si(111)襯底上生長的影響,表征了鐵硅化合物的電學性質,分析了鐵硅化合物和錳硅化合物的電子結構,得出以下結論:
　　(1)沉積溫度在600℃~800℃時幾種鐵硅化合物能夠共

2、存。鐵硅化合物的形核密度隨著溫度的升高而減小,隨束流的增大而增大,其形核過程符合傳統(tǒng)的形核理論。在沉積溫度為~700℃時,多邊形平板狀島從p(2×2)相轉變?yōu)閏(8×4)相。選取最佳的生長參數時(沉積溫度~775℃,束流為0.0067 ML?min-1,沉積厚度為~1.7 ML),可以得到面積較大的c(8×4)相,其面積超過1μm2。I-V曲線表明c(8×4)相和正三角形鐵硅化合物島都為半導體性,其禁帶寬度分別為~0.8 eV和~0.9

3、eV,而棒狀鐵硅化合物島為金屬性。
　　(2)XPS結果表明,鐵硅化合物短暫暴露于大氣環(huán)境后會被氧化為鐵氧化合物,經過曲線擬合計算出鐵硅化合物被氧化的比例為~47％。鐵硅化合物納米結構的Fe2p3/2和2p1/2峰分別出現在706.9和719.7 eV,較金屬鐵向高結合能方向的化學位移為0.2 eV。鐵硅化合物的Si2p3/2峰(98.9 eV)較體相Si的Si2p3/2峰(99.2 eV)向低結合能方向的化學位移(0.3 eV)

4、,表明在鐵硅化合物形成過程中Si的化學環(huán)境發(fā)生了變化。
　　(3)STM圖像表明,MnSi薄膜厚度為~0.9 nm,表面為3?3重構,MnSi1.7納米線長500~1500 nm,寬16~18 nm,高~3 nm。XPS結果表明兩種錳硅化合物的Mn2p譜圖相近。由于馬德龍勢能,自旋-軌道裂分后Mn2p1/2和2p3/2峰的結合能分別為649.4和638.4 eV,較金屬態(tài)Mn向低結合能方向的化學位移為~0.5 eV。在短暫暴露于空