РОЛЬ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ A B ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПОДЛОЖКИ В ФОРМИРОВАНИИ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ ИНТЕРФЕЙСНЫХ СОСТОЯНИЙ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА С ФТОРСОДЕРЖАЩИМ ОКСИДОМ
|
Введение 3
2. Метод расчёта 8
2.1. Метод проекционных присоединённых волн 8
2.2 Детали расчёта 14
3. Атомная и электронная структура поверхности AIIIBV(111)-(1 х 1) 17
3.1. Чистая поверхность 17
3.2. Геометрия адсорбции и энергия связи атомов кислорода и фтора на поверхности AIIIBV(111)-(1x1) 19
3.3. Влияние адсорбции кислорода и фтора на электронный энергетический спектр поверхности AIIIBV(111)-(1x1) 21
3.4. Коадсорбция фтора и кислорода на поверхность AIIIBV(111)-(1 х 1) 24
4. Атомная и электронная структура поверхности (111) и (001) полупроводника InAlAs ..28
4.1. Атомная и электронная структура чистых поверхностей 28
4.2. Геометрия адсорбции и энергии связи атомов кислорода и фтора на поверхности InAlAs(111)-(1x1) и InAlAs(001)-(1 х1) 30
4.3. Влияние адсорбции кислорода на электронный энергетический спектр
поверхностей InAlAs(111) и InAlAs(001) 32
4.4. Влияние адсорбции фтора на электронный энергетический спектр поверхностей InAlAs(111) и InAlAs(001) 33
4.5. Коадсорбция фтора и кислорода на поверхность InAlAs(111) и InAlAs(001) 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
Список использованной литературы 39
2. Метод расчёта 8
2.1. Метод проекционных присоединённых волн 8
2.2 Детали расчёта 14
3. Атомная и электронная структура поверхности AIIIBV(111)-(1 х 1) 17
3.1. Чистая поверхность 17
3.2. Геометрия адсорбции и энергия связи атомов кислорода и фтора на поверхности AIIIBV(111)-(1x1) 19
3.3. Влияние адсорбции кислорода и фтора на электронный энергетический спектр поверхности AIIIBV(111)-(1x1) 21
3.4. Коадсорбция фтора и кислорода на поверхность AIIIBV(111)-(1 х 1) 24
4. Атомная и электронная структура поверхности (111) и (001) полупроводника InAlAs ..28
4.1. Атомная и электронная структура чистых поверхностей 28
4.2. Геометрия адсорбции и энергии связи атомов кислорода и фтора на поверхности InAlAs(111)-(1x1) и InAlAs(001)-(1 х1) 30
4.3. Влияние адсорбции кислорода на электронный энергетический спектр
поверхностей InAlAs(111) и InAlAs(001) 32
4.4. Влияние адсорбции фтора на электронный энергетический спектр поверхностей InAlAs(111) и InAlAs(001) 33
4.5. Коадсорбция фтора и кислорода на поверхность InAlAs(111) и InAlAs(001) 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
Список использованной литературы 39
Несмотря на интенсивное изучение свойств полупроводниковых структур как экспериментальными, так и теоретическими методами ведётся уже достаточно давно, на протяжении нескольких десятков лет, оно по-прежнему представляет большой интерес с фундаментальной и практической точек зрения. Данный интерес, вероятно, даже усилился в последние годы, что непременно связано с развитием технологий, запрос которых на более тщательный (вплоть до атомных размеров) контроль качества поверхности лишь возрос. Современная техника изучения поверхностей позволяет получить более точную и полную информацию о свойствах поверхностных структур. Создание адекватных теоретических моделей, описывающих свойства существующих и планируемых материалов, возможно только на основе систематических фундаментальных исследований атомной и электронной структуры полупроводниковых материалов и низкоразмерных структур на их основе. Такие исследования принципиально важны для разработки новых наноструктурных материалов, свойства которых будут определяться локальным химическим составом и структурой на атомном уровне. Как было упомянуто ранее, полупроводниковые поверхности представляют большой интерес для различных исследователей. Однако, если поверхности на основе кремния или, например, GaAs(110) являются хорошо изученными, то исследования поверхностей (001) и (111) бинарных полупроводниковых соединений вида AIIIBV, например InSb, GaSb, AlAs и т.д., а также тройных полупроводниковых соединений являются недостаточными.
Значительный вклад в научно-технологический прогресс в направлении исследований твёрдого тела, и, в частности, полупроводниковых структур, дают различные теоретико-вычислительные методы, которые являются взаимодополняющими к экспериментальным методам исследования. Современные методы расчёта дают возможность изучать разнообразные оптические, магнитные и электронные эффекты, которые возникают из-за снижения симметрии поверхности. Также эти методы позволяют объяснить многочисленные свойства и явления, имеющие место на границе раздела и на поверхности, на микроскопическом уровне. Точные и корректные расчёты полной энергии системы и сил, действующих на поверхностные атомы, являются основой предсказания атомной структуры поверхности материала с высокой точностью, что в свою очередь допускает определение поверхностной релаксации, реконструкций, геометрии адсорбции и т.п. С фундаментальной точки зрения исследования электронной структуры поверхности являются наиболее важными, поскольку электронные состояния поверхности определяются атомной структурой и влияют на релаксацию и реконструкцию поверхности, определяют особенности адсорбции атомов разной природы, адгезии и смачивания.
На сегодняшний момент основными первопринципными методами изучения поверхностей являются псевдопотененциальный плосковолновой метод и полнопотенциальный линейный метод присоединённых плоских волн, базирующиеся на теории функционала электронной плотности. Практическое применение вышеописанных методов сводится к решению большого числа уравнений, и потому связано с производительностью компьютерных вычислений. Ограничение на размеры изучаемых систем до сих пор является препятствием на пути решения многих проблем, даже несмотря на развитие параллельных вычислений и суперкомпьютерных технологий. Однако использование различных приближений и упрощений позволяет отчасти преодолеть данное препятствие.
Теоретическое изучение адсорбции галогенов на поверхностях GaAs(111)A и InAs(111)A показало сильную зависимость энергии связи галогенов от их позиции адсорбции. В работе [1] было показано, что адсорбция фтора в наиболее энергетически предпочтительную позицию полностью удаляет поверхностные состояния, характерные для полупроводников типа AIIIBV, и приводит к откреплению уровня Ферми. Адсорбция кислорода в наиболее предпочтительную позицию вызывает появление дополнительных состояний в фундаментальной щели, структура которых сильно зависит от позиции адсорбции. Индуцированные кислородом поверхностные состояния полностью или частично удаляются из запрещённой щели при коадсорбции фтора. Коадсорбция фтора и кислорода приводит к значительным структурным изменениям в полупроводниковой подложке, вызванным проникновением кислорода и фтора в подповерхностную область. Подобные закономерности были также установлены и для поверхности InSb(111)A [2]. Аналогичные выводы для поверхности InAs(111)A были сделаны в работе [3]. Подобные теоретические исследования в случае поверхностей GaSb(111) и AlAs(111) ранее не проводились, поэтому провести анализ литературы не представляется возможным. Существует лишь весьма ограниченный набор работ [4, 5], в которых используются теоретические методы расчёта вышеобозначенных поверхностей. Однако в данных работах рассматривается отличная от (111) ориентация поверхности, отличные от галогенов адсорбаты, либо рассматривается полупроводник в объёме.
Помимо теоретических, ведутся также и активные экспериментальные исследования полупроводниковых поверхностей. С поверхностными явлениями тесно связаны такие технологии, как молекулярно-лучевая эпитаксия, ионное легирование, вакуумное и термическое напыление, ионное и магнетронное распыление, а также реактивное ионное травление. В настоящее время для исследования поверхности, ее строения и свойств привлекаются самые современные методы экспериментальной физики: оптическая и электронная спектроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, лазерная диагностика и др. Современные нанотехнологии позволяют управлять структурой и свойствами поверхностей на атомном уровне. Описанные выше технологии и методы экспериментальных исследований вместе с потребностью в понимании, контроле и предсказании поверхностных и интерфейсных свойств и эффектов, безусловно, стимулируют и теоретические исследования фундаментальных свойств поверхностей и других низкоразмерных структур.
В качестве примера экспериментальной работы, связанной с поверхностными эффектами полупроводниковых структур, стоит отметить работу [6]. Несмотря на то, что в работе исследовалось изменение реконструкции поверхности InSb(111)A при адсорбции серы, она служит иллюстрацией экспериментального метода дифракции медленных электронов и Оже-электронной спектроскопии. Однако помимо демонстрации методов был отмечен ряд весьма важных с прикладной точки зрения свойств полярных поверхностей АШБУ(111). В [6] было замечено, что на поверхности АШБУ(111) возможно формирование напряжённых гетероструктур с уникальными пьезоэлектрическими свойствами, что может найти своё отражение в конструкции различных приборов [7, 8]. Выращенные на подложках с ориентацией (111) лазерные структуры часто характеризуются более низкими пороговыми токами, по сравнению с аналогичными структурами, выращенными на подложках с ориентацией (001) [9]. Антимонид индия и твердые растворы на его основе могут применяться в качестве материалов для создания фотоприемников и излучателей в длинноволновой области спектра (2-5 и 8-12 мкм), а также устройств, основанных на эффекте Холла [10]. Кроме того, полярная поверхность InSb(111)A активно используется в качестве подложки для эпитаксиального выращивания a-Sn, представляющего собой алмазоподобный полупроводник с нулевой запретной зоной, перспективный для создания транзисторов с высокой подвижностью электронов, а также лазеров [11, 12].
Следующая экспериментальная работа посвящена измерению ширины запрещённой зоны в образцах тройного (квазибинарного) полупроводника In.Ab .As (0.51<х<0.55), выращенных на подложке InP(100) методом молекулярно-лучевой эпитаксии [13]. Размер фундаментальной щели определялся методом, основанным на фотолюминесцентной спектроскопии. По причине того, что подложка InP была непрозрачной для соответствующих энергий фотонов, был разработан метод расчёта оптического коэффициента поглощения из спектра фотолюминесценции InAlAs, из чего, в свою очередь, определялась ширина запрещённой зоны. При x=0.523 и температуре 14 К было получено значение ширины щели Eg= 1549±6 мэВ.
Стоит также уделить внимание и промышленному использованию тройных полупроводниковых соединений и соединений вида AIIIBV, которым посвящена настоящая работа. Одним из перспективных направлений в применении соединений элементов III и V групп является их использование в МДП-структурах (металл-диэлектрик- полупроводник), которые являются основой для создания многоэлементных приёмников ИК-диапазона с пределом обнаружительной способности >1012 смТц1/2-Вт-1 в интервале длин волн 1 = 2.5-3.05 мкм. Электронные процессы на границе раздела диэлектрик- полупроводник определяют значимые для индустрии характеристики МДП-структур [14]. Электрофизические параметры границы раздела определяются степенью совершенства исходной поверхности полупроводниковой подложки, которое в значительной степени задаётся способом её обработки перед осаждением диэлектрика. Обычно подложка подвергается химической обработке с использованием различных травителей для удаления собственных окислов. Высокая плотность поверхностных состояний (ПС) на границе раздела полупроводник AIHBVсобственный оксид препятствует технологическому использованию МДП-структур. В работе [15] было установлено, что после оптимизации технологических режимов осаждения слоев SiO2способ химической обработки поверхности подложек InAs не оказывает существенного влияния на параметры МДП-структуры. При этом достигается плотность поверхностных состояний (ПС) ~1.2-1011 см 2-эВ 1. Плотность состояний была существенно понижена при предварительном окислении подложки InAs в электролите, содержащем фторид-ионы. По оценкам величина плотности ПС составляет <2-1010 см 2-эВ 1. Подобная величина плотности позволила реализовать многоэлементные фотоприёмные устройства (ФПУ) линейчатого и матричного типа, обладающие практически белым шумом в отсутствие фона и с числом шумовых носителей заряда в потенциальной яме элемента на уровне 75-100 электронов. На основе разработанных МДП-структур были изготовлены гибридные микросхемы ФПУ с обнаружительной способностью 1012 смТц1/2-Вт-1 [16-18]. Также стоит отметить, что матричные ФПУ на основе InAs были созданы впервые.
Составные полупроводниковые материалы AIIIBVпотенциально имеют большое значение для множества электронных (полевые транзисторы, транзисторы с высокой подвижностью электронов и биполярные транзисторы с гетеропереходом) и оптоэлектронных (светоизлучающие диоды, лазерные диоды и фотоприёмники) устройств. В тройном полупроводнике энергия запрещённой зоны и параметр решётки, как правило, являются функциями состава [19]. Другими словами, тройные соединения естественным образом обеспечивают возможность настройки величины запрещённой щели, тем самым позволяя оптимизировать и расширить область применения обозначенных выше полупроводниковых устройств.
Данная работа посвящена изучению влияния особенностей электронной структуры поверхностей бинарных (InSb, GaSb и AlAs) и квазибинарных (InAlAs) полупроводников AIIIBVна механизмы понижения плотности поверхностных состояний при адсорбции кислорода и фтора, а также при их коадсорбции.
Значительный вклад в научно-технологический прогресс в направлении исследований твёрдого тела, и, в частности, полупроводниковых структур, дают различные теоретико-вычислительные методы, которые являются взаимодополняющими к экспериментальным методам исследования. Современные методы расчёта дают возможность изучать разнообразные оптические, магнитные и электронные эффекты, которые возникают из-за снижения симметрии поверхности. Также эти методы позволяют объяснить многочисленные свойства и явления, имеющие место на границе раздела и на поверхности, на микроскопическом уровне. Точные и корректные расчёты полной энергии системы и сил, действующих на поверхностные атомы, являются основой предсказания атомной структуры поверхности материала с высокой точностью, что в свою очередь допускает определение поверхностной релаксации, реконструкций, геометрии адсорбции и т.п. С фундаментальной точки зрения исследования электронной структуры поверхности являются наиболее важными, поскольку электронные состояния поверхности определяются атомной структурой и влияют на релаксацию и реконструкцию поверхности, определяют особенности адсорбции атомов разной природы, адгезии и смачивания.
На сегодняшний момент основными первопринципными методами изучения поверхностей являются псевдопотененциальный плосковолновой метод и полнопотенциальный линейный метод присоединённых плоских волн, базирующиеся на теории функционала электронной плотности. Практическое применение вышеописанных методов сводится к решению большого числа уравнений, и потому связано с производительностью компьютерных вычислений. Ограничение на размеры изучаемых систем до сих пор является препятствием на пути решения многих проблем, даже несмотря на развитие параллельных вычислений и суперкомпьютерных технологий. Однако использование различных приближений и упрощений позволяет отчасти преодолеть данное препятствие.
Теоретическое изучение адсорбции галогенов на поверхностях GaAs(111)A и InAs(111)A показало сильную зависимость энергии связи галогенов от их позиции адсорбции. В работе [1] было показано, что адсорбция фтора в наиболее энергетически предпочтительную позицию полностью удаляет поверхностные состояния, характерные для полупроводников типа AIIIBV, и приводит к откреплению уровня Ферми. Адсорбция кислорода в наиболее предпочтительную позицию вызывает появление дополнительных состояний в фундаментальной щели, структура которых сильно зависит от позиции адсорбции. Индуцированные кислородом поверхностные состояния полностью или частично удаляются из запрещённой щели при коадсорбции фтора. Коадсорбция фтора и кислорода приводит к значительным структурным изменениям в полупроводниковой подложке, вызванным проникновением кислорода и фтора в подповерхностную область. Подобные закономерности были также установлены и для поверхности InSb(111)A [2]. Аналогичные выводы для поверхности InAs(111)A были сделаны в работе [3]. Подобные теоретические исследования в случае поверхностей GaSb(111) и AlAs(111) ранее не проводились, поэтому провести анализ литературы не представляется возможным. Существует лишь весьма ограниченный набор работ [4, 5], в которых используются теоретические методы расчёта вышеобозначенных поверхностей. Однако в данных работах рассматривается отличная от (111) ориентация поверхности, отличные от галогенов адсорбаты, либо рассматривается полупроводник в объёме.
Помимо теоретических, ведутся также и активные экспериментальные исследования полупроводниковых поверхностей. С поверхностными явлениями тесно связаны такие технологии, как молекулярно-лучевая эпитаксия, ионное легирование, вакуумное и термическое напыление, ионное и магнетронное распыление, а также реактивное ионное травление. В настоящее время для исследования поверхности, ее строения и свойств привлекаются самые современные методы экспериментальной физики: оптическая и электронная спектроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, лазерная диагностика и др. Современные нанотехнологии позволяют управлять структурой и свойствами поверхностей на атомном уровне. Описанные выше технологии и методы экспериментальных исследований вместе с потребностью в понимании, контроле и предсказании поверхностных и интерфейсных свойств и эффектов, безусловно, стимулируют и теоретические исследования фундаментальных свойств поверхностей и других низкоразмерных структур.
В качестве примера экспериментальной работы, связанной с поверхностными эффектами полупроводниковых структур, стоит отметить работу [6]. Несмотря на то, что в работе исследовалось изменение реконструкции поверхности InSb(111)A при адсорбции серы, она служит иллюстрацией экспериментального метода дифракции медленных электронов и Оже-электронной спектроскопии. Однако помимо демонстрации методов был отмечен ряд весьма важных с прикладной точки зрения свойств полярных поверхностей АШБУ(111). В [6] было замечено, что на поверхности АШБУ(111) возможно формирование напряжённых гетероструктур с уникальными пьезоэлектрическими свойствами, что может найти своё отражение в конструкции различных приборов [7, 8]. Выращенные на подложках с ориентацией (111) лазерные структуры часто характеризуются более низкими пороговыми токами, по сравнению с аналогичными структурами, выращенными на подложках с ориентацией (001) [9]. Антимонид индия и твердые растворы на его основе могут применяться в качестве материалов для создания фотоприемников и излучателей в длинноволновой области спектра (2-5 и 8-12 мкм), а также устройств, основанных на эффекте Холла [10]. Кроме того, полярная поверхность InSb(111)A активно используется в качестве подложки для эпитаксиального выращивания a-Sn, представляющего собой алмазоподобный полупроводник с нулевой запретной зоной, перспективный для создания транзисторов с высокой подвижностью электронов, а также лазеров [11, 12].
Следующая экспериментальная работа посвящена измерению ширины запрещённой зоны в образцах тройного (квазибинарного) полупроводника In.Ab .As (0.51<х<0.55), выращенных на подложке InP(100) методом молекулярно-лучевой эпитаксии [13]. Размер фундаментальной щели определялся методом, основанным на фотолюминесцентной спектроскопии. По причине того, что подложка InP была непрозрачной для соответствующих энергий фотонов, был разработан метод расчёта оптического коэффициента поглощения из спектра фотолюминесценции InAlAs, из чего, в свою очередь, определялась ширина запрещённой зоны. При x=0.523 и температуре 14 К было получено значение ширины щели Eg= 1549±6 мэВ.
Стоит также уделить внимание и промышленному использованию тройных полупроводниковых соединений и соединений вида AIIIBV, которым посвящена настоящая работа. Одним из перспективных направлений в применении соединений элементов III и V групп является их использование в МДП-структурах (металл-диэлектрик- полупроводник), которые являются основой для создания многоэлементных приёмников ИК-диапазона с пределом обнаружительной способности >1012 смТц1/2-Вт-1 в интервале длин волн 1 = 2.5-3.05 мкм. Электронные процессы на границе раздела диэлектрик- полупроводник определяют значимые для индустрии характеристики МДП-структур [14]. Электрофизические параметры границы раздела определяются степенью совершенства исходной поверхности полупроводниковой подложки, которое в значительной степени задаётся способом её обработки перед осаждением диэлектрика. Обычно подложка подвергается химической обработке с использованием различных травителей для удаления собственных окислов. Высокая плотность поверхностных состояний (ПС) на границе раздела полупроводник AIHBVсобственный оксид препятствует технологическому использованию МДП-структур. В работе [15] было установлено, что после оптимизации технологических режимов осаждения слоев SiO2способ химической обработки поверхности подложек InAs не оказывает существенного влияния на параметры МДП-структуры. При этом достигается плотность поверхностных состояний (ПС) ~1.2-1011 см 2-эВ 1. Плотность состояний была существенно понижена при предварительном окислении подложки InAs в электролите, содержащем фторид-ионы. По оценкам величина плотности ПС составляет <2-1010 см 2-эВ 1. Подобная величина плотности позволила реализовать многоэлементные фотоприёмные устройства (ФПУ) линейчатого и матричного типа, обладающие практически белым шумом в отсутствие фона и с числом шумовых носителей заряда в потенциальной яме элемента на уровне 75-100 электронов. На основе разработанных МДП-структур были изготовлены гибридные микросхемы ФПУ с обнаружительной способностью 1012 смТц1/2-Вт-1 [16-18]. Также стоит отметить, что матричные ФПУ на основе InAs были созданы впервые.
Составные полупроводниковые материалы AIIIBVпотенциально имеют большое значение для множества электронных (полевые транзисторы, транзисторы с высокой подвижностью электронов и биполярные транзисторы с гетеропереходом) и оптоэлектронных (светоизлучающие диоды, лазерные диоды и фотоприёмники) устройств. В тройном полупроводнике энергия запрещённой зоны и параметр решётки, как правило, являются функциями состава [19]. Другими словами, тройные соединения естественным образом обеспечивают возможность настройки величины запрещённой щели, тем самым позволяя оптимизировать и расширить область применения обозначенных выше полупроводниковых устройств.
Данная работа посвящена изучению влияния особенностей электронной структуры поверхностей бинарных (InSb, GaSb и AlAs) и квазибинарных (InAlAs) полупроводников AIIIBVна механизмы понижения плотности поверхностных состояний при адсорбции кислорода и фтора, а также при их коадсорбции.
Методом проекционных присоединённых волн в рамках теории функционала электронной плотности с обобщённым градиентным приближением для обменно-корреляционного функционала было изучено влияние особенностей электронной структуры поверхностей бинарных и квазибинарных полупроводников AinBVпри адсорбции и коадсорбции фтора и кислорода. Основные результаты и выводы можно представить следующим образом:
1) При адсорбции фтора на поверхности (111) с катионным окончанием независимо от состава бинарного полупроводника AiiiBVнаиболее предпочтительной позицией для адсорбции фтора является вершинная над катионом поверхностного слоя. В случае кислорода наибольшая энергия связи соответствует мостиковой позиции между поверхностными катионами.
2) В случае анионного окончания поверхности (111) предпочтительность адсорбции кислорода зависит от параметра решетки полупроводника, с увеличением которого наибольшая энергия связи соответствует мостиковой позиции между поверхностными анионами, вместо ямочной позиции над анионом пятого от поверхности слоя.
3) При адсорбции кислорода на поверхности AIIIBV(111)A в фундаментальной щели индуцируются состояния, структура которых зависит от позиции адсорбции. Адсорбция фтора в наиболее предпочтительной позиции приводит к уменьшению плотности состояний в запрещённой щели, либо к их полному удалению и откреплению уровня Ферми.
4) В случае коадсорбции фтора и кислорода не зависимо от последовательности адсорбции атомов кислорода и фтора увеличение концентрации последнего до трех атомов на один поверхностный атом приводит к практически полному удалению состояний из запрещенной щели.
5) В целом установленные тенденции в адсорбции фтора и кислорода на различных поверхностях бинарных согласуются с выявленными ранее на поверхностях полупроводников InAs и GaAs [1, 2], что указывает на слабое влияние их состава на взаимодействие электроотрицательных адсорбатов с полупроводниковой поверхностью АШВ^111).
6) При адсорбции фтора на поверхности (111) квазибинарного полупроводника InAlAs наиболее предпочтительной позицией является вершинная позиция над атомом алюминия, при адсорбции кислорода - мостиковая позиция между атомами алюминия. При адсорбции и фтора, и кислорода на поверхность (001) наиболее предпочтительные позиции одинаковы - мостиковая позиция между поверхностными атомами индия и алюминия и над атомом мышьяка четвёртого слоя.
7) Влияние адсорбции кислорода на поверхностях (111) и (001) полупроводника InAlAs на структуру поверхностных состояний в запрещенной щели в целом подобно - кислород не приводит к откреплению уровня Ферми, хотя природа поверхностных состояний может разниться в зависимости от последовательности адсорбции и ориентации поверхности. Влияние адсорбции одного атома фтора оказывает практически аналогичных эффект, хотя плотность состояний на уровне Ферми несколько уменьшается.
8) В случае коадсорбции фтора и кислорода на поверхности InAlAs не зависимо от её ориентации и модели коадсорбции увеличение концентрации фтора до трех атомов на ячейку приводит к удалению состояний с уровня Ферми и его откреплению, однако поверхностные состояния остаются вблизи краев запрещенной щели.
В целом, полученные результаты способствуют более глубокому пониманию роли электронной структуры поверхности полупроводников АШБУ в формировании низкой плотности интерфейсных состояний на границе раздела с фторсодержащим оксидом.
1) При адсорбции фтора на поверхности (111) с катионным окончанием независимо от состава бинарного полупроводника AiiiBVнаиболее предпочтительной позицией для адсорбции фтора является вершинная над катионом поверхностного слоя. В случае кислорода наибольшая энергия связи соответствует мостиковой позиции между поверхностными катионами.
2) В случае анионного окончания поверхности (111) предпочтительность адсорбции кислорода зависит от параметра решетки полупроводника, с увеличением которого наибольшая энергия связи соответствует мостиковой позиции между поверхностными анионами, вместо ямочной позиции над анионом пятого от поверхности слоя.
3) При адсорбции кислорода на поверхности AIIIBV(111)A в фундаментальной щели индуцируются состояния, структура которых зависит от позиции адсорбции. Адсорбция фтора в наиболее предпочтительной позиции приводит к уменьшению плотности состояний в запрещённой щели, либо к их полному удалению и откреплению уровня Ферми.
4) В случае коадсорбции фтора и кислорода не зависимо от последовательности адсорбции атомов кислорода и фтора увеличение концентрации последнего до трех атомов на один поверхностный атом приводит к практически полному удалению состояний из запрещенной щели.
5) В целом установленные тенденции в адсорбции фтора и кислорода на различных поверхностях бинарных согласуются с выявленными ранее на поверхностях полупроводников InAs и GaAs [1, 2], что указывает на слабое влияние их состава на взаимодействие электроотрицательных адсорбатов с полупроводниковой поверхностью АШВ^111).
6) При адсорбции фтора на поверхности (111) квазибинарного полупроводника InAlAs наиболее предпочтительной позицией является вершинная позиция над атомом алюминия, при адсорбции кислорода - мостиковая позиция между атомами алюминия. При адсорбции и фтора, и кислорода на поверхность (001) наиболее предпочтительные позиции одинаковы - мостиковая позиция между поверхностными атомами индия и алюминия и над атомом мышьяка четвёртого слоя.
7) Влияние адсорбции кислорода на поверхностях (111) и (001) полупроводника InAlAs на структуру поверхностных состояний в запрещенной щели в целом подобно - кислород не приводит к откреплению уровня Ферми, хотя природа поверхностных состояний может разниться в зависимости от последовательности адсорбции и ориентации поверхности. Влияние адсорбции одного атома фтора оказывает практически аналогичных эффект, хотя плотность состояний на уровне Ферми несколько уменьшается.
8) В случае коадсорбции фтора и кислорода на поверхности InAlAs не зависимо от её ориентации и модели коадсорбции увеличение концентрации фтора до трех атомов на ячейку приводит к удалению состояний с уровня Ферми и его откреплению, однако поверхностные состояния остаются вблизи краев запрещенной щели.
В целом, полученные результаты способствуют более глубокому пониманию роли электронной структуры поверхности полупроводников АШБУ в формировании низкой плотности интерфейсных состояний на границе раздела с фторсодержащим оксидом.