Фотоэмиссионное исследование адсорбции Ba на вицинальной поверхности SiC(111)-8° при синхротронном возбуждении

Авторы

  • Галина Вадимовна Бенеманская Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН https://orcid.org/0000-0002-2399-3223
  • Сергей Николаевич Тимошнев Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алфёрова РАН https://orcid.org/0000-0002-9294-3342

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-153X-2020-1-3-108-112

Ключевые слова:

карбид кремния, интерфейсы, поверхность, наноструктуры, фотоэлектронная спектроскопия, электронная структура

Аннотация

Электронная структура интерфейса Ba/SiC(111)-8° подробно исследована in situ в сверхвысоком вакууме с помощью фотоэлектронной спектроскопии при синхротронном излучении. Образцы SiC(111)-8° были выращены оригинальным методом эпитаксии малодефектных ненапряженных наноразмерных пленок карбида кремния на кремниевых подложках. Исследованы спектры остовных уровней Si 2p, C 1s в зависимости от субмонослойных покрытий Ba с энергиями фотонов в диапазоне 100–450 эВ. При адсорбции Ba обнаружено резкое изменение спектра C 1s. Обнаружено, что адсорбция Ba приводит к формированию на поверхности новой, ранее неизвестной углеродной структуры нанокластеров C. Экспериментальные данные показывают, что нанокластеры могут создаваться исключительно на вицинальных поверхностях SiC(111)-8° в присутствии стабилизирующих адсорбированных атомов металла, в частности атомов Ba. Показано, что поверхностные нанокластеры формируются за счет локального взаимодействия вакансий кремния, атомов углерода и адатомов Ba. Установлено, что углеродные кластеры состоят из углеродных колец и их химические связи по своему характеру аналогичны связям в ароматоподобных соединениях.

Библиографические ссылки

Abavare, E. K. K., Iwata, J.-I., Oshiyama, A. (2013) Atomic reconstruction and electron states at interfaces between 3C-SiC(111) and Si(110). Physical Review B: Covering Condensed Matter and Materials Physics, 87 (23), article 235321. DOI: 10.1103/PhysRevB.87.235321 (In English)

Bechstedt, F., Furthmüller, J. (2004) Electron correlation effects on SiC(111) and SiC(0001) surfaces. Journal of Physics: Condensed Matter, 16 (17), S1721–S1732. DOI: 10.1088/0953-8984/16/17/014 (In English)

Benemanskaya, G. V., Dement’ev, P. A., Kukushkin, S. A., Osipov, A. V., Timoshnev, S. N. (2019a) A new type of carbon nanostructure on a vicinal SiС(111)-8° surface. Technical Physics Letters, 45 (3), 201–204. DOI: 10.1134/S1063785019030039 (In English)

Benemanskaya, G. V., Dement’ev, P. A., Kukushkin, S. A., Osipov, A. V., Timoshnev, S. N. (2019b) Carbon-based aromatic-like nanostructures on the vicinal SiC surfaces induced by Ba adsorption. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 8 (6), M53–M59. DOI: 10.1149/2.0031906jss (In English)

Bosi, M., Attolini, G., Negri, M. et al. (2013) Optimization of a buffer layer for cubic silicon carbide growth on silicon substrates. Journal of Crystal Growth, 383, 84–94. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2013.08.005 (In English)

Eddy, C. R. Jr., Gaskill, D. K. (2009) Silicon carbide as a platform for power electronics. Science, 324 (5933), 1398– 1400. DOI: 10.1126/science.1168704 (In English)

King, S. W., Nemanich, R. J., Davis, R. F. (2015) Photoemission investigation of the Schottky barrier at the Sc/3C‐SiC(111) interface. Physica Status Solidi: Basic Solid State Physics, 252 (2), 391–396. DOI: 10.1002/pssb.201451340 (In English)

Kukushkin, S. A., Osipov, A. V. (2013) A new method for the synthesis of epitaxial layers of silicon carbide on silicon owing to formation of dilatation dipoles. Journal of Applied Physics, 113 (2), article 024909. DOI: 10.1063/1.4773343 (In English)

Kukushkin, S. A., Osipov, A. V. (2014) Theory and practice of SiC growth on Si and its applications to wide-gap semiconductor films. Journal of Physics D: Applied Physics, 47 (31), article 313001. DOI: 10.1088/0022- 3727/47/31/313001 (In English)

Okuda, T., An, K.-S., Harasava, A., Kinoshita, T. (2005) Structural analysis of Ba-induced surface reconstruction on Si(111) by means of core-level photoemission. Physical Review B: Covering Condensed Matter and Materials Physics, 71 (8), article 085317. DOI: 10.1103/PhysRevB.71.085317 (In English)

Su, J., Niu, Q., Tang, C., Zhang, Y., Fu, Z. (2012) Growth of void-free 3C-SiC films by modified two-step carbonization methods. Solid State Sciences, 14 (4), 545–549. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2012.01.017 (In English)

Takahashi, R., Handa, H., Abe, S. et al. (2011) Low-energy-electron-diffraction and X-ray-phototelectron-spectroscopy studies of graphitization of 3C-SiC(111) thin film on Si(111) substrate. Japanese Journal of Applied Physics, 50 (7R), article 070103. DOI: 10.1143/JJAP.50.070103 (In English)

Virojanadara, C., Hetzel, M., Johansson, L. I., Choyke, W. J., Starke, U. (2008) Electronic and atomic structure of the 4H-SiC(102)-c(2x2) surface. Surface Science, 602 (2), 525–533. DOI: 10.1016/j.susc.2007.11.012 (In English)

Wang, J., Zhang, L., Zeng, Q. et al. (2009) Adsorption of atomic and molecular oxygen on 3C-SiC(111) and ( ) surfaces: A first-principles study. Physical Review B: Covering Condensed Matter and Materials Physics, 79 (12), article 125304. DOI: 10.1103/PhysRevB.79.125304 (In English)

Watcharinyanon, S., Johansson, L. I., Xia, C., Virojanadara, C. (2012) Changes in structural and electronic properties of graphene grown on 6H-SiC(0001) induced by Na deposition. Journal of Applied Physics, 111 (8), article 083711. DOI: 10.1063/1.4704396 (In English)

Watcharinyanon, S., Virojanadara, C., Johansson, L. I. (2011) Rb and Cs deposition on epitaxial graphene grown on 6H-SiC(0001). Surface Science, 605 (21–22), 1918–1922. DOI: 10.1016/j.susc.2011.07.007 (In English)

Опубликован

2020-09-21

Выпуск

Раздел

Physics of Semiconductors