锰的硅化物薄膜在Si(111)-7×7表面的固相反应生长

利用超高真空扫描隧道显微镜(STM)对沉积在Si(111)-7×7重构表面上的锰薄膜在300-650℃之间的固相反应进行了研究.锰原子最初在Si(111)衬底上形成锰的纳米团簇的有序阵列,经过300℃退火后,锰纳米团簇的尺寸增大并且纳米团簇阵列由有序变为无序;当退火温度达到400℃左右时,锰纳米团簇与硅衬底发生反应生成富锰的三维岛状物和由MnSi构成的平板状岛;500℃退火后生成物全部转变为MnSi平板状岛;650℃退火后生成物则由MnSi平板状岛全部转变为富硅的不规则的大三维岛,同时被破坏的衬底表面重新结晶形成7×7结构.

锰的硅化物薄膜在Si(100)-2×1表面生长的STM研究

锰的硅化物在微电子器件、自旋电子学器件等领域具有良好的应用前景,了解锰的硅化物薄膜在硅表面的生长规律是其走向实际应用的关键步骤之一.本文采用分子束外延方法在Si(100)-2×1表面沉积了约4个原子层的锰薄膜,并利用超高真空扫描隧道显微镜研究了该薄膜与硅衬底之间在250—750℃范围内的固相反应情况.室温下沉积在硅衬底表面的锰原子与衬底不发生反应,薄膜由无序的锰团簇构成;当退火温度高于290℃时,锰原子与衬底开始发生反应,生成外形不规则的枝晶状锰硅化物和富锰的三维小岛;325℃时,衬底上开始形成平板状的MnSi小岛;525℃时,枝晶状锰硅化物完全消失,出现平板状的MnSi_(1.7)7大岛;高于600℃时,富锰的三维小岛和平板状的MnSi小岛全部消失,仅剩下平板状的MnSi_(1.7)大岛.这些结果说明退火温度决定了薄膜的形态和结构.在大约600℃退火时岛的尺寸随着退火时间的延长而逐渐增大,表明岛的生长遵从扩散限制的Ostwald熟化机理.