Д.И. Рогило, Л.И. Федина, С.С. Косолобов, B. Ranguelov, А.В. Латышев

Методом in situ сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии (СВВ ОЭМ) исследован процесс роста Si на Si(111)-(7×7) в диапазоне температур 600--830°C. Предварительно на поверхности Si была сформирована система эшелонов ступеней, разделённых широкими террасами с размерами W_in~1.8-10мкм. Рост Si на широких террасах сопровождается формированием пирамидальных структур, состоящих из двумерных слоёв, растущих за счёт движения зигзагообразных моноатомных ступеней при доминирующем встраивании адатомов в нисходящие ступени [Рис. 1]. Когда ширина наивысшего слоя достигает критического значения λ, на нём происходит зарождение двумерных островков. При Т>720°C моноатомные ступени становятся гладкими.

Рис. 1. Топографическое АСМ- изображение пирамидальной структуры, сформированной при Т=650°C.

Рис. 2. Зависимости λ2(T, R) при фиксированных (a) T и (b) R.

В экспериментах измерялась зависимость λ от температуры подложки T и скорости осаждения Si R. Все зависимости λ² (R)~R^χ при W_in>2 мкм, вплоть до Т=720°C, характеризуются χ>1 и соответствуют кинетике роста, лимитированной встраиванием адатомов в ступени (AL) [Рис. 2 a]. Однако, при W_in=1,8 мкм зависимость λ²(R) изменятся (χ<1) от характерной для AL-кинетики и становится соответствующей диффузионному режиму (DL). Это противоречие, возникающее при малой W_in, обусловлено проявлением стока адатомов в удаленные ступени эшелона, так называем явлением прозрачности ступеней, которое нами впервые зафиксировано экспериментально.

Показано, что при достижении T≈720°C резко изменяется активационная зависимость λ²(T), что свидетельствует о смене кинетики роста с AL при Т<720°C (E_2D=2,4 эВ) на DL при Т>720°C (E_2D=0,5 эВ) [Рис. 2 (б)]. На основе полученных данных и современных теоретических представлений процесса роста проведена оценка величины барьера Швёбеля E-_ES=0,9 эВ и размера критического зародыша i, который увеличивается от i=6-7 атомов при Т=650°C до 7-10 атомов при Т=700°C. Тот факт, что рост Si в AL-режиме сопровождается образованием двумерных островков с треугольной огранкой и движением зигзагообразных моноатомных ступеней однозначно указывает на то, что встраивание адатомов в ступень при Т<720°C лимитируется образованием двойного кинка на прямолинейных участках с ориентацией типа который в условиях (7×7) реконструкции имеет размер сверхструктурной полуячейки.