Лаборатория технологии двумерной микроэлектроники (№101)



Заведующий лабораторией - доктор физико-математических наук, профессор Зотов Андрей Вадимович.


Состав лаборатории

Всего сотрудников - 25,
научных сотрудников - 12, из них:
докторов наук - 3,
кандидатов наук - 10.



Основные направления научных исследований

  • Изучение процессов формирования упорядоченных наноструктур и структур пониженной размерности на поверхности полупроводниковых кристаллов.
  • Определение электрофизических характеристик и других физических свойств выращиваемых наноструктур.
  • Теоретическое моделирование структуры и свойств наноструктур.

     

Основные результаты

  • Исследовано динамическое поведение легированного магического кластера атомного масштаба в системе In/Si(100), состоящего из шести атомов кремния и семи атомов индия и имеющего асимметричную структуру. Один из атомов индия в кластере может попеременно занимать одно из четырех эквивалентных положений внутри кластера (1-1', 2-2'). Благодаря этому, легированный кластер можно рассматривать как перспективный элемент наноэлектроники (переключатель, логический затвор или элемент памяти атомного масштаба). Определены величины энергетических барьеров для каждого типа перескоков.

  • С помощью метода сканирующей туннельной микроскопии и расчетов из первых принципов изучены структурные превращения в монослойной системе Au/Si(111), индуцированные адсорбцией атомов In. Установлено, что адсорбция In приводит к трансформации исходной структуры α-√3×√3-Au к структуре √3×√3-(Au,In). При комнатной температуре эта трансформация происходит только внутри доменов фазы и не затрагивает доменные границы. Отжиг при 600оС приводит к плавлению доменных границ и на поверхности формируется высокоупорядоченная фаза √3×√3-(Au,In), практически свободная от структурных дефектов. Расчеты показали, что движущей силой перехода является значительное уменьшение поверхностных напряжений. Если в исходной структуре эта величина составляет +204 мэВ/Å то в результате адсорбции одного атома In на элементарную ячейку происходит ее уменьшение до +39 мэВ/Å.

  • Подемонстрирована возможность модификации магических кластеров Si7In6 на поверхности Si(100) атомами свинца. Теоретические расчеты показали, что замена центрального атома кремния атомом свинца приводит к образованию атомного кластера Si6In6Pb и понижению его энергии на 0,3 эВ, что позволяет создать массив почти полностью (до 95%) состоящих из Pb-модифицированных кластеров. Данные сканирующей туннельной спектроскопии показывают, что Pb-модифицированный кластер является полупроводником с шириной запрещенной зоны немного больше, чем у обычного кластера.

  • Исследованы механизмы диффузия и кластерообразование атомов Ge, адсорбированных на поверхности Si(111)'5×5'-Cu, имеющей квазипериодический потенциальный рельеф с гексагональной ячеестой структурой. Установлено, что диффузия атома Ge ограничена одной ячейкой и характеризуется энергией активации 0,29 эВ. Увеличение концентрации атомов приводит к накоплению их в ячейках и образованию массива атомных кластеров с преобладанием кластеров, состоящих из трех атомов.

Атом индия, обозначенный красным цветом, может находиться в четырех эквивалентных состояниях, что при величине энергетического барьера 0.7 эВ позволяет наблюдать переход атома между этими состояниями при комнатной температуре
Изображения, полученные с помощью сканирующего туннельного микроскопа, иллюстрируют различную подвижность отдельных атомов германия при 300 и 242 К и формирование массива атомных кластеров германия на поверхности Si(111)'5×5'-Cu

Основные публикации

  1. K.Oura, V.G.Lifshits, A.A.Saranin, A.V.Zotov, M.Katayama. Surface Science. An Introduction. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2003, 440 p.
  2. Saranin A.A., Kotlyar V.G., Zotov A.V., Kasyanova T.V., Cherevik M.A., Lifshits V.G. Structure of domain walls in Al/Si(111) -phase. Surf.Sci., 2002, V.517, N1-3, P.151-156
  3. Saranin A.A., Zotov A.V., Kotlyar V.G., Kasyanova T.V., Utas O.A., Okado H., Katayama M., Oura K. Ordered arrays of Be-encapsulated Si nanotubes on Si(111) surface. Nano Lett., 2004, V.4, №8, P.1469-1473.
  4. Gruznev D.V., Filippov I.N., Olyanich D.A., Chubenko D.N., Kuyanov I.A., Saranin A.A., Zotov A.V., Lifshits V.G. Si(111)-?-?3 ?3-Au phase modified by In adsorption: Stabilization of a homogeneous surface by stress relief. Phys.Rev.B, 2006, V.73, P.115335-7.
  5. Saranin A.A., Zotov A.V., Kishida M., Murata Y., Honda S., Katayama M., Oura K., Gruznev D.V., Visikovskiy A., Tochihara H. Reversible phase transitions in the pseudomorphic 7 3-hex In layer on Si(111). Phys.Rev.B., 2006, V.74, P.035436-7.
  6. Gruznev D.V., Olyanich D.A., Chubenko D.N., Zotov A.V., Saranin A.A. 4 1 to 7 3 transition in the In/GexSi1-x(111) system induced by varying the substrate lattice constant. Phys.Rev. B, 2007, V.76, P.073307-4.
  7. Zotov A.V., Utas O.A., Kotlyar V.G., Kuyanov I.A., Saranin A.A. Pb-modified In/Si(4 3) magic clusters: Scanning tunneling microscopy and first-principles total-energy calculations. Phys.Rev.B, 2007, V.76, P.115310-5.
  8. Tsukanov D.A., Ryzhkova M.V., Gruznev D.V., Utas O.A., Kotlyar V.G., Zotov A.V., Saranin A.A. Self-assembly of conductive Cu nanowires on Si(111)'5 5'-Cu surface. Nanotechnology, 2008, Vol. 19, P.245608-5.
  9. Gruznev D.V., Olyanich D.A., Chubenko D.N., Gvozd I.V., Chukurov E.N., Luniakov Yu.V., Kuyanov I.A., Zotov A.V., Saranin A.A. Diffusion and clustering of adatoms on discommensurate surface template: Ge atoms on Si(111)"5x5"-Cu reconstruction. Surf.Sci., 2010, Vol.604. P.666-673.
  10. M.Y. Lai, J.P. Chou, O.A. Utas, N.V. Denisov, V.G. Kotlyar, D. Gruznev, A. Matetsky, A.V. Zotov, A.A. Saranin, C.M. Wei, Y.L. Wang. Broken even/odd symmetry in self-selection of distances between nanoclusters due to presence/absence of topological solitons. Phys.Rev.Lett., 2011, V.106, P.166101(4).