Атомные процессы на поверхности кремния (111) в присутствии поверхностных вакансий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Ситников Сергей Васильевич

• Ситников Сергей Васильевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Ситников Сергей Васильевич

1.2. Вакансии на поверхности кристаллов

1.3. Зарождение двумерных островков на поверхности

1.4. Атомные процессы на структурированной поверхности кристалла

Выводы по главе

Глава 2. Экспериментальные методы исследования структурных процессов на поверхности кристалла

2.1. Методы анализа структуры и морфологии поверхности твёрдых тел

2.2. In situ сверхвысоковакуумная отражательная электронная микроскопия

2.3. Метод анализа ОЭМ-видео изображения

2.4. Количественный анализ морфологии поверхности методами АСМ и СЭМ

2.5. Мезоструктурирование поверхности Si (111)

2.6. Формирование системы концентрических атомных ступеней

Выводы по главе

Глава 3. Атомные механизмы массопереноса по поверхности при высокотемпературной сублимации

3.1. Кинетика зарождения вакансионных 2D-octpobkob при сублимации

3.2. Движение ступеней, разделённых узкими и широкими террасами

3.3. Кинетика роста вакансионных 2Б-островков при сублимации

Выводы по главе

Глава 4. 2В-островки при термическом травлении молекулярным кислородом

4.1. Взаимодействие кислорода с поверхностью Si (111)

4.2. Теоретическая модель зарождения вакансионных 2D-octpobkob в условиях повышенной концентрации вакансий

4.3. Зарождение двумерных вакансионных островков при термическом травлении

кислородом

Выводы по главе

Глава 5. Атомные процессы на структурированной поверхности кремния (111)

5.1. Критический размер террасы в условия частичной компенсации сублимации

5.2. Атомно-гладкие террасы больших размеров

5.3. Зарождение 2Б-островков на поверхности кремния (111)

Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Атомные процессы на поверхности кремния (111) в присутствии поверхностных вакансий»

Введение

Для развития современных нанотехнологий и материаловедения остаётся актуальной задачей создание структур полупроводниковых материалов с высокой степенью совершенства. Это обусловлено сильной зависимостью электронных свойств материала и квантоворазмерных явлений в тонких плёнках и двумерных кристаллах от структурных дефектов и неоднородности состава, при уменьшении размеров рабочих структур [1]. Распространённым методом создания низкоразмерных систем с квантовыми эффектами является технология молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) [2]. Данный метод позволяет формировать суб- и монослойные покрытия различных материалов в сверхвысоковакуумных условиях, при контроле температуры подложки, скорости осаждения и состава растущей плёнки.

Для выращивания эпитаксиальных слоёв с применением метода МЛЭ необходимо разрешить ряд основных физических проблем, связанные с определением атомных механизмов, протекающих на поверхности кристалла при сублимации, эпитаксиальном росте и фазовых переходах. Решением этих проблем для подложек кремния активно занимаются последние несколько десятков лет различные экспериментальные и теоретические группы. В основе теоретического описания этих процессов лежат представления об адсорбции атомов на террасах их диффузии и взаимодействии с атомными ступенями и друг с другом [3]. На поверхности кремния малая энергия выхода атома из ступени и его высокая подвижность в большинстве случаев позволяет пренебречь вкладом поверхностных вакансий в эти процессы.

С увеличением температуры подложки возрастает скорость атомных процессов, протекающих на поверхности кристаллов, таких как: диффузия адатомов (адсорбированных атомов), десорбция с поверхности, встраивание и отрыв атомов от ступени, формирование поверхностных вакансий и др. Это может приводить к существенному изменению морфологии поверхности: быстрому огрублению или выглаживанию поверхности, формированию эшелонов ступеней, переходу порядок беспорядок, формированию трёхмерных объектов [4, 5, 6, 7]. Управление этими процессами позволит создавать подложки заданной шероховатости, что крайне важно для задач формирования идеальных гетеропереходов [8,9]. При этом в условиях высоких температур концентрация вакансий увеличивается и может становиться критически важной при анализе кинетики процессов трансформации морфологии поверхности. Анализ литературных данных показывает, что вакансии на поверхности Si (111)

являются малоизученным. В единичных работах по исследованию морфологии поверхности Si (111) в условиях генерации вакансий методами термического травления поверхности кислородом или облучения низкоэнергетическими ионами аргона, определена энергия диффузии вакансий [10,11,12]. Однако остаются неопределёнными такие важные параметры, как энергия образования вакансий, их взаимодействие с адатомами, ступенями и друг с другом.

Прямая визуализация точечных дефектов на поверхности кристалла такими высокоразрешающими методами, как просвечивающая электронная и сканирующая туннельная микроскопия, возможна только в относительно узком диапазоне температур подложки. При высоких температурах исследования такого рода затруднены, что связано, в основном, с интенсивными термическими колебаниями атомов в узлах кристаллической решётки и высокой скоростью поверхностной диффузии. Однако важную информацию о термодинамических параметрах и механизмах взаимодействия адсорбированных атомов и поверхностных вакансий можно извлекать из анализа поведения атомных ступеней, дислокаций, двумерных островков в процессах сублимации эпитаксиального роста и экспозиции в газовой атмосфере. Для проведения исследований структурных и морфологических трансформаций поверхности кристаллов при высоких температурах наиболее адекватным является применение электронно-микроскопических методов, из которых следует выделить in situ методы, позволяющие непосредственно в процессе проведения эксперимента визуализировать структурные процессы на поверхности исследуемого образца и исследовать их кинетику во времени. Одним из таких методов является метод in situ сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии [13, 14], который позволяет исследовать процессы морфологических трансформаций при сублимации, эпитаксиальном росте, осаждении различных веществ и экспозиции в газовой атмосфере.

Целью данной работы является определение атомных механизмов и количественных параметров процессов, характеризующих массоперенос по поверхности Si (111), в условиях повышенной концентрации вакансий

Для достижения поставленной цели в настоящей работе решались следующие основные задачи:

1. Определение атомных механизмов высокотемпературной сублимации на поверхности Si (111) с различной плотностью атомных ступеней.

2. Разработка метода формирования широких террас на поверхности Si (111) с целью уменьшения влияния ступеней на атомные процессы, протекающие на террасе.

3. Определение условий зарождения вакансионных 2D-octpobkob на поверхности Si (111) при повышенной концентрации вакансий.

4. Анализ кинетики зарождения и роста 2D-octpobkob на поверхности Si (111), содержащей широкие атомно-гладкие террасы, в условиях подавления вакансий потоком атомов из внешнего источника.

Научная новизна:

1) Экспериментально обнаружены два механизма сублимации, связанных с выходом адатомов из ступеней, их диффузией по террасе и последующей десорбцией при температурах ниже 1180°С и с образованием поверхностных вакансий и их взаимодействием с атомными ступенями при температурах выше 1180°С.

2) Определено, что зарождение вакансионных островков на поверхности Si (111) при температурах выше 1180°С лимитировано кинетикой взаимодействия вакансий со ступенью с энергией активации 1,5±0,15 эВ.

3) Установлено, что при температурах выше 1180°С время сублимации одного монослоя на поверхности Si (111), содержащей широкие террасы (>10 мкм), превышает такое время для поверхности с меньшей шириной террас.

Практическая ценность работы:

1. Разработана технология структурирования подложек кремния (111) с сохранением атомной чистоты поверхности для проведения экспериментальных исследований атомных процессов, протекающих на поверхности в условиях сверхвысокого вакуума.

2. Адаптирована теоретическая модель для описания процессов зарождения 2D-островков в условиях повышенной концентрации поверхностных вакансий, инициированных термическим травлением молекулярным кислородом.

3. Получены количественные параметры взаимодействия поверхностных вакансий с моноатомными ступенями и процессов формирования двумерных островков, которые могут быть использованы для создания и развития теоретических моделей, описывающих морфологию поверхности при повышенных температурах.

4. Разработан и запатентован метод формирования широких атомно-гладких поверхностей кремния (111) диаметром более 200 мкм с шероховатостью (RMS) менее 0,05 нм.

На защиту выносятся следующие положения:

1) Механизм сублимации, связанный с выходом адатомов из ступеней, их диффузией по террасе и последующей десорбцией, изменяется при температурах выше 1180°С на процесс прямой сублимации атомов из террасы, приводящий к образованию вакансий и обеспечивающий их доминирование при высоких температурах.

2) Время сублимации одного монослоя на поверхности Si (111), содержащей широкие террасы (>10 мкм), превышает таковое для поверхности с меньшей шириной террас. Предполагается, что исчезновение вакансий на широких террасах обусловлено их растворением в объёме кристалла с энергией активации этого процесса 4,3±0,05 эВ.

3) Зарождение вакансионных островков на поверхности Si (111) при сублимации и в процессе травления молекулярным кислородом при температуре выше 1180°С лимитировано взаимодействием вакансии со ступенью с энергией активации 1,5±0,15эВ.

4) Дополнительный поток адатомов из внешнего источника при сублимации поверхности Si (111) в условиях доминирующей эмиссии адатомов из ступени, окружающей широкую террасу, приводит к уменьшению времени жизни вакансий и последующему увеличению критического размера террасы для зарождения вакансионного островка. Максимально достигнутый размер террасы составляет более 200 мкм в диаметре.

Степень достоверности полученных результатов обеспечивается применением современных методов получения и экспериментального исследования образцов, воспроизводимостью экспериментальных результатов и сопоставлением с результатами, полученными другими авторами.

Апробация работы:

Основные результаты работы, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на лабораторных и институтских семинарах, на заседаниях Учёного Совета ИФП СО РАН, на конкурсе научных работ ИФП СО РАН, а также на следующих российских и международных конференциях: XXIII российская конференция по электронной микроскопии.( г. Черноголовка, Россия, 2010), Четвертая школа «Метрология и стандартизация в нанотехнологиях и наноиндустрии. Функциональные наноматериалы» (г. Новосибирск, Россия, 2011), X Российская конференция по физики полупроводников ( г. Нижний Новгород, 2011), IV Всероссийская конференции Физические и физико-химический основы ионной имплантации,( г. Новосибирск, 2012), Asia Priority in

Advanced Materials ( г. Новосибирск, Россия 2012), «РКЭМ» ( г. Черноголовка, 2012), Japan-Russian workshop on advanced materials synthesis process and nanostructure ( Япония, г. Сендай, 2013), XI Российская конференция по физики полупроводников (г. Санкт-Петербург, 2013), Second Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials (г. Владивосток, 2013), Fifth Europe Conference Crystal Growth (Italy, s. Bologna, 2015) Кремний-2016 (г. Новосибирск, 2016), 19th European workshop on molecular beam epitaxy (Санкт-Петербург, 2017).

Публикации:

Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 6 рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патенте и 12 тезисах ведущих отечественных и международных конференций. Полный список публикаций приведён в конце работы.

Личный вклад соискателя заключался в постановке задачи, разработке метода формирования широких террас, проведении экспериментов методом СВВ ОЭМ, извлечении количественных параметров из АСМ-изображений, анализе и обработке полученных результатов, формулировке выводов и написании статей.

Структура и объем диссертации:

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения с общими выводами и списка литературы из 184 наименований. Общий объем диссертации 120 страниц, включая 35 рисунков и 1 таблицу.

Глава 1. Атомные механизмы роста на поверхности кристаллов (литературный обзор)

1.1. Движение атомных ступеней по поверхности кристаллов

Свободная энергия поверхности кристалла зависит от кристаллографического направления, при этом определяющим фактором является структура решётки кристалла. Стабильными с точки зрения термодинамики являются низкоиндексные поверхности, где свободная энергия поверхности приобретает свой минимум. По этой причине высокоиндексные поверхности имеют тенденцию к распаду на поверхностные фасетки с меньшей поверхностной энергией. Таким образом, экспериментально чаще всего возможно наблюдать только низко-индексные поверхности кристаллов [15].

Реальная поверхность кристалла состоит из террас, представляющих собой сингулярную грань кристалла, и атомных ступеней, разделяющие террасы. При температуре отличной от абсолютного нуля на террасе могут существовать адсорбированные атомы (адатомы), поверхностные вакансии (адвакансии), двумерные положительные или отрицательные (вакансионные) островки. На атомной ступени, в свою очередь, формируются изломы (рис. 1.1). При повышенных температурах адатомы и вакансии диффундируют по поверхности, взаимодействуют с атомными ступенями, островками и между собой, а также могут десорбировать с поверхности или раствориться в объёме, соответственно. Количественные параметры, характеризующие атомные процессы, были экспериментально измерены при изучении морфологических трансформаций на поверхности кристаллов при сублимации [16, 17], эпитаксиальном росте [16, 18], поверхностной структурной реконструкции [19], адсорбции примесных атомов [20, 21, 22], ионном облучении и травлении в газовой атмосфере [23].

Бартон, Кабрера, Франк сформулировали теоретические основы эпитаксиального роста на поверхности кристалла [3]. Для описания диффузионного перераспределения осаждаемых на поверхность атомов они использовали классические уравнения Фика [24]. При сублимации стационарное уравнение диффузии имеет следующий вид:

ЯрДр-^=0, (1)

тр

где £)р - коэффициент диффузии адатомов по террасе, р - плотность адатомов на террасе итр — время десорбции адатомов с террасы. Первый член уравнения (1) отвечает за

9

диффузию адатомов по террасе, а второй - десорбцию с поверхности. Для определения скорости движения атомных ступеней при сублимации необходимо решить уравнение (1) с граничными условиями на атомных ступенях, ограничивающих террасу. Вицинальная кристаллическая поверхность содержит регулярно расположенные атомные ступени, разделённые террасами, ширина которых определяется углом отклонения поверхности от сингулярной грани. В приближении малых флуктуаций края ступеней по сравнению с шириной террас между ними, можно считать, что атомные ступени параллельны друг другу, и, следовательно, уравнение (1) можно рассматривать как одномерное.

Рис. 1.1. Схематическое изображение поверхности кристалла, содержащего атомные ступени, адсорбированные атомы (адатомы), поверхностные вакансии, двумерные вакансионные и положительные островки

На рис. 1.2 схематически показан профиль кристаллической вицинальной поверхности, содержащей регулярные параллельные атомные ступени, отстоящие друг от друга на расстоянии Ь. Принимая во внимание, что ступень является идеальным источником адатомов, следует ожидать, что концентрация адатомов на террасе равна равновесной р0 в непосредственной близости от ступени [3,15]:

где Еат> - энергия отрыва атома от ступени, £1 - площадь, занимаемая одним атомом, кв - коэффициент Больцмана, Т - температура подложки. Решение уравнения (1) позволяет определить поток атомов от ступени и, соответственно, скорость перемещения регулярных атомных ступеней V [25]:

2 О-отри цате л ьн ы й 20-островок ^ островок адатом \ к 'К у

(2)

v = il(/+ +/_) = 2fi^p0th

(3)

где /+ и /_ - потоки атомов на вышележащую и нижележащую террасу, соответственно, Яр = у1Вргр - длина диффузии адатома по поверхности.

к

к

ad

к

-U2

О

U2

Рис. 1.2. Схематическое изображение профиля вицинальной поверхности кристалла

Считать атомную ступень идеальным источником адатомов возможно далеко не всегда, чаще процесс встраивания и отрыва атомов от ступени происходит с преодолением барьера, причём для вышележащей и нижележащей террасы эти барьеры могут быть разными. Впервые предположение о наличии различного барьера на взаимодействия адатома со ступенью было высказано Швёбелем [26, 27]. Граничные условия с учётом эффекта Швёбеля имеют следующий вид [28]:

(4)

где к_ и к+ - кинетические коэффициенты встраивания и отрыва адатомов от ступени на нижележащую и вышележащую террасу, соответственно [29]. Граничные условия (3) использовались в работах [29, 30, 31] для описания гфоцессов уменьшения размеров террасы, ограниченной замкнутой круговой ступенью при сублимации. Данные исследования показали, что массоперенос по поверхности Si (111) при сублимации в интервале температур 900-1050°С лимитируется процессом диффузии адатомов в большей степени, чем процессом встраивания адатомов в ступень. Также авторы оценили верхний предел барьера Швёбеля на выход атома из ступени, который равен 0,6 эВ. Следует отметить, что в указанных работах кроме барьера на встраивание в ступень учитывался эффект Гиббса-Томсона [31, 32, 33], который связан с изменением равновесной концентрации адатомов на террасе, вызванной кривизной атомной ступени. Данная зависимость имеет следующий вид:

PoO-)=Poexpgi), <5)

где г - радиус кривизны атомной ступени, р0 - равновесная концентрация адатомов с прямой атомной ступенью, ß - коэффициент линейного натяжения ступени. Линейное натяжение ß зависит от температуры и для ступеней на поверхности кремния (111) он определён в ряде работ: 46 мэВ/Ä при 900°С [34], в интервале 22,8-31,9 мэВ/Ä при 1100°С [35], в интервале 55-70 мэВ/Ä в интервале температур 870-960°С [31].

В зависимости от ориентации атомной ступени относительно кристаллографического направления количество изломов на ступени меняется. При некоторых направлениях плотность изломов низкая и, следовательно, может возникнуть ситуация, когда расстояние между изломами достаточно велико для того, чтобы атом, присоединившийся к ступени, не успевая продиффундировать вдоль ступени до излома за время адсорбции на ступени вышел обратно на террасу. При этом атом может выйти не на ту же самую ступень. Переход адатома с одной террасы на другую без встраивания в излом называется прозрачностью ступеней. Данный переход впервые был проанализирован Стояновым и др. [36] и экспериментально подтверждён на поверхности Si (111) со сверхструктурой (7x7) [37]. Для учёта эффекта прозрачности ступеней необходимо внести изменения в граничные условия. Рангелов и др. [38] для описания процессов роста на поверхности, содержащей регулярные ступени, включили член с кинетическим коэффициентом кР, определяющим поток атомов на соседнюю террасу:

2

Для теоретического описания процессов на поверхности Патроне и др. разработали атомистическую одномерную модель, как альтернативу теории БКФ [39]. В основе этой модели лежит система простых дифференциальных уравнений, описывающих вероятность нахождения атома в заданной ячейке поверхности в заданное время. Показано, что в условиях небольшого отклонения от равновесия данная теория хорошо совпадает с БКФ теорией. Однако, при рассмотрении неравновесных процессов теория, разработанная Патроне с коллегами, имеет значительные отличия и лучше описывает экспериментальные данные.

Панг и соавторы на основе теории БКФ разработали подробное теоретическое описание роста островка радиуса ц, окружённого концентрической атомной ступенью радиусом 7*0 (рис. 1.3) [31]. В модели учитывались процессы десорбции адатомов с

поверхности и выхода атомов из ступени на террасу, а также эффект Гиббса-Томпсона.

12

В этой работе проведён анализ решения диффузионного уравнения (1) в цилиндрических координатах, и выделено два случая ограничивающих кинетику процесса разрастания

двумерного островка. Авторы ввели кинетическую длину й = выражающую

соотношение между процессами диффузии адатома и взаимодействия адатома со ступенью. Другими словами, если й »Яр, то ограничивающим кинетику роста двумерного островка является процесс встраивания и отрыва атома от ступени, если сI « Яр, то кинетику ограничивает диффузия адатома по террасе. В следующей работе [30] эта группа авторов показала, что на поверхности 81 (111) при температуре 890°С й = 75а, где а - постоянная решётки кремния, что соответствует кинетике, ограниченной диффузией.

Также детальный анализ экспериментальных данных аннигиляции двумерного островка, полученных методом микроскопии медленных электронов, на основе теоретической модели позволил определить температурную зависимость линейного натяжения ступени Д на поверхности 81 (111)-(1х1) [31]. Авторами обнаружено, что Д линейно зависит от температуры с углом наклона -0,14 мэВ/АК в интервале 872-960°С. Сравнение кинетики положительного и вакансионного островка на поверхности 81 (111) позволило оценить барьер Эрлиха-Швёбеля (Е11гНс]1-8с11\уоеЬе1) сверху как 0,6 эВ [31].

ступеней

Экспериментальные исследования роста и аннигиляции двумерных островков при сублимации, проводимые методом сканирующей туннельной микроскопии, показали, что на поверхности 81 (111)-(7*7) при температурах 450-560°С кинетика роста островков определяется диффузией атомов по поверхности [40], что подтверждается и другими исследователями [29]. В работах определена энергия активации диффузии равная 1,49±0,12 эВ. Анализ процесса разрастания вакансионного островка в интервале 450-660°С позволил определить энергию присоединения адатома к ступени как 1,6±0,2 эВ

[41].

На поверхности Si(100) при температурах ниже 1180°С формируется реконструкция (2x1), которая оказывает влияние на процессы массопереноса по террасе [42]. В работе [7] проанализирован процесс разрастания вакансионного островка в интервале температур 640-1200°С и установлено, что линейное натяжение ступеней двух типов (вдоль и поперёк димеров (2x1)) различно. При температуре 750°С это отличие составляет 2,5 раза, однако с увеличением температуры различие уменьшается. Также в работе показано, что линейное натяжение исчезает при температуре 1200°С, что приводит к переходу порядок-беспорядок (roughening transition) на поверхности Si(OOl). В работе [33] проведены исследования кинетики одиночных двумерных островков в процессе эпитаксиального роста. Энергия активации роста двумерных островков определена как 1,2 эВ. Методом микроскопии медленных электронов проведены исследования кинетики разрастания концентрических вакансионных островков при сублимации [43]. Показано, что при температуре 1000°С форма двумерного островка становится практически круглой. Авторы оценили длину диффузии адатомов по поверхности как 10-30 мкм и энергию диффузии как 1,45 эВ.

1.2. Вакансии на поверхности кристаллов

Заложенные теоретические основы в работах Бартона, Кабрера и Франка [3] показали свою состоятельность при описании многочисленных экспериментальных исследований атомных процессов на поверхности в условиях сублимации и эпитаксиальном росте. Данный подход позволяет учитывать многочисленные физические явления такие, как различные барьеры на встраивание и отрыв атома от ступени, совместная диффузия поверхностных вакансий и адатомов [44], электромиграция [5], выход объёмных дефектов [21] и т.д. Это показывает гибкость БКФ теории и возможность применения для описания практически любых явлений на поверхности кристаллов. Экспериментальное обоснование применимости БКФ теории проведено с использованием множества методов: СТМ, АСМ, ММЭ, СВВ ОЭМ, СЭМ [40,29, 31, 5,45]. Были определены количественные параметры на поверхности Si (111), такие как: энергия диффузии, активационный барьер на взаимодействие с атомными ступенями, энергия десорбции с поверхности и т.д.

Большая часть экспериментальных исследований проведены либо при относительно низких температурах, когда можно пренебречь процессом сублимации, либо на поверхности с относительно высокой плотностью атомных ступеней (расстояние между ступенями намного меньше длины миграции адатомов). В этих условиях массоперенос по поверхности определяется процессами, связанными с адатомами [46]. С увеличением температуры подложки сублимация с поверхности становится активной и в этих условиях кроме адатомов существенное влияние на поверхностные процессы оказывают вакансии [44]. В отличии от адатомов, которые формируются за счёт выхода на террасу из ступени и из-за этого имеют относительно низкую энергию на формирование, вакансии формируются на террасе за счёт процессов образования пары адатом-вакансия или прямой сублимации атома из террасы. Энергию активации формирования вакансии на поверхности Si (111) можно оценить через энергию атомных связей. Встроенный в террасу атом кремния соединён 3 связями с нижележащим слоем с энергией связи Si-Si равной 1,6 эВ [47, 48], и соответственно энергия образования термических вакансии по порядку величины равна 4,8 эВ. Такая высокая энергия сопоставима с энергией сублимации с поверхности Si (111), и, следовательно, формирование вакансий будет происходить в условиях активной сублимации.

В работах [49, 50] проведены исследования структуры поверхности Si (111) в температурном интервале 950-1380°С с применением методов дифракции быстрых

электронов и динамического расчёта картины дифракции. Авторы показали, что в интервале температур 1250-1270°С на поверхности формируется новая фаза реконструкции (1х1)-(3, характеризующаяся пониженной концентрацией адатомов на поверхности 0,2 МС по сравнению с 0,25 МС при температурах 950-1210°С. При температурах выше 1290±20°С происходит частичное плавление поверхности, при котором концентрация вакансий в верхнем слое бислоя составляет 0,45 МС, а адсорбированные атомы отсутствуют на поверхности. Данные расчёта плотности нескольких верхних слоев при различных температурах представлены в таблице 1, а на рис. 1.4 показана поясняющая схема расположения атомов. Стоит отметить, что данный расчёт показал одинаковую концентрацию адатомов (0,25 МС) в широком интервале температур (950-1160°С). Это расходится с представлением об аррениусовской зависимости, как процесса выхода атомов из ступени на террасу, так и его десорбции с поверхности, что свидетельствует об неточности в определении численного значения. Однако факт наличия адатомов и вакансий при температурах как ниже, так и выше 1270°С является неоспоримым.

Таблица 1. Координаты (2%) и плотность (р) атомов в первых слоях поверхности при различных температурах. Расположения атомов показано на рис. 1.4 [50]

слой Положение Т = 950-1160°С Т = 1270°С Т =1380°С

7а (нм) р(МС) 7л (нм) р(МС) Та (нм) р(МС)

Слой адатомов Адатом 0,53 0,25 0,536 0,2 0

Первый слой Свободный атом 0,45 0,25 0,45 0,4 0,38 0,65

Атом связанный с адатомом 0,393 0,75 0,393 0,6 0

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ситников Сергей Васильевич, 2017 год

Список литературы

[1] Асеев, А. Л. Нанотехнологии в полупроводниковой электронике / А. Л. Асеев // Вестник Российской Академии Наук, 2006, Т. 76, С. 603 -611.

[2] Stenin, S. Molecular beam epitaxy of semiconductor, dielectric and metal films / S. Stenin // Vacuum, 1986, V. 36, P. 419 - 426.

[3] Burton, W. K. The growth of crystals and the equilibrium structure of their surfaces / W. K. Burton, N. Cabrera, F. C. Frank // Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1951, V. 243, P. 299-358.

[4] Madiomanana, K. Silicon surface preparation for III-V molecular beam epitaxy / K. Madiomanana, M. Bahri, J. Rodriguez et al. // Journal of Crystal Growth, 2015, V. 413, P. 17-24.

[5] Latyshev, A. Transformations on clean Si (111) stepped surface during sublimation / A. Latyshev, A. Aseev, A. Krasilnikov, S. Stenin // Surface Science, 1989, V. 213, P. 157-169.

[6] Denier van der Gon, A. W. Order-disorder transitions at the Ge(l 11) surface / A. W. Denier van der Gon, J. M. Gay, J. W. M. Frenken, J. F. van der Veen // Surface Science, 1991, V. 241, P. 335-345.

[7] Bartelt, N. C. Step capillary waves and equilibrium island shapes on Si(001) / N. C. Bartelt, R. M. Tromp, E. D. Williams // Physical Review Letters, 1994, V. 73, P. 1656-1659.

[8] Ioannou-Sougleridis, V. Effects on surface morphology of epitaxial Y2O3 layers on Si (001) after postgrowth annealing / V. Ioannou-Sougleridis, V. Constantoudis, M. Alexe et al. // Thin Solid Films, 2004, V. 468, P. 303 - 309.

[9] Oliveira Jr., M. H. Influence of the silicon carbide surface morphology on the epitaxial graphene formation / M. H. Oliveira Jr., T. Schumann, M. Ramsteiner et al. // Applied Physics Letters, 2011, V. 99, P. 111901.

[10] Косолобов, С. С. In situ исследование взаимодействия кислорода с поверхностью кремния (111) методом сверхвысоковакуумной отражательной

электронной микроскопии / С. С. Косолобов, A.JL Асеев, А. В. Латышев // Физика и техника полупроводников, 2001, Т. 35, С. 1084-1091.

[11] Shimizu, N. On the vacancy formation and diffusion on the Si (111 )7 x 7 surfaces under exposures of low oxygen pressure studied by in situ reflection electron microscopy / N. Shimizu, Y. Tanishiro, K. Takayanagi, K. Yagi // Surface Science, 1987, V. 191, P. 28 - 44.

[12] Watanabe, H. Kinetics of vacancy diffusion on Si (111) surfaces studied by scanning reflection electron microscopy / H. Watanabe, M. Ichikawa // Physical Review B, 1996, V. 54, P. 5574—5580.

[13] Yagi, K. Reflection electron microscopy: studies of surface structures and surface dynamic processes / K. Yagi // Surface Science Reports, 1993, V. 17, P. 307 - 362.

[14] Latyshev, A. In situ REM study of monatomic step behaviour on Si (111) surface during sublimation / A. Latyshev, A. Krasilnikov, A. Aseev // Ultramicroscopy, 1993, V. 48, P. 377-380.

[15] Jeong, H.-C. Steps on surfaces: experiment and theory / H.-C. Jeong, E. D. Williams // Surface Science Reports, 1999, V. 34, P. 171 - 294.

[ 16] Latyshev, A. Reflection electron microscopy study of structural transformations on a clean silicon surface in sublimation, phase transition and homoepitaxy / A. Latyshev, A. Aseev, A. Krasilnikov, S. Stenin // Surface Science, 1990, V. 227, P. 24-34.

[17] Finnie, P. Motion of atomic steps on ultraflat Si (111): Constructive collisions / P. Finnie, Y. Homma // Journal of Vacuum Science & Technology A, 2000, V. 18, P. 1941-1945.

[18] Latyshev, A. V. Initial stages of silicon homoepitaxy studied by in situ reflection electron microscopy / A. V. Latyshev, A. L. Aseev, A. B. Krasilnikov, S. I. Stenin // Physica Status Solidi A, 1989, V. 113, P. 421^30.

[19] Латышев, А. В. Аномальное поведение моноатомных ступеней при структурном переходе (1Х1)-(7Х7) на атомночистой поверхности кремния (111) / А. В. Латышев, А. Л. Асеев, С. И. Стенин // Письма в ЖЭТФ, 1988, Т. 47, С. 448^50.

[20] Kosolobov, S. S. Initial stages of gold adsorption on silicon stepped surface at elevated temperatures / S. S. Kosolobov, S. A. Song, E. E. Rodyakina, A. V. Latyshev // Semiconductors, 2007, V. 41, P. 448^52.

[21] Косолобов, С. С. Нестабильность распределения атомных ступеней на Si (111) при субмонослойной адсорбции золота при высоких температурах / С. С. Косолобов, С. А. Цонг, Л. И. Федина . // Письма в ЖЭТФ, 2005, Т. 81, С. 149 - 153.

[22] Sumitomo, К. Selective formation of Ge nanostructures on Si (111) surface with patterned steps / K. Sumitomo, F. Lin, Y. Homma, T. Ogino // Applied Surface Science, 2004, V. 237, P. 68-74.

[23] Latyshev, A. V. In situ study of the interaction of oxygen with the Si (111) surface by ultrahigh-vacuum reflection electron microscopy / A. V. Latyshev, A. L. Aseev, E. Gorokhov, S. Stenin // Semiconductors, 1985, V. 3, P. 490-499.

[24] Fick, A. On liquid diffusion / A. Fick // Journal of Membrane Science, 1995, V. 100, P. 33 -38.

[25] Weinan, E. Continuum theory of epitaxial crystal growth. I / E. Weinan, N. K. Yip // Journal of Statistical Physics, V. 104, P. 221-253.

[26] Schwoebel, R. L. Step motion on crystal surfaces / R. L. Schwoebel, E. J. Shipsey // Journal of Applied Physics, 1966, V. 37, P. 3682-3686.

[27] Kodiyalam, S. Calculated Schwoebel barriers on Si (111) steps using an empirical potential / S. Kodiyalam, К. E. Khor, S. Das Sarma // Physical Review B, 1996, V. 53, P. 9913-9922.

[28] Bales, G. S. Morphological instability of a terrace edge during step-flow growth / G. S. Bales, A. Zangwill // Physical Review B, 1990, V. 41, P. 5500-5508.

[29] Hibino, H. Decay kinetics of two-dimensional islands and holes on Si (111) studied by low-energy electron microscopy / H. Hibino, C.-W. Ни, T. Ogino, I. Tsong // Physical Review B, 2001, V. 63.

[30] Man, K. Kinetic length and step permeability on the Si (111) (lxl) surface / K. Man, A. Pang, M. Altaian // Surface Science, 2007, V. 601, P. 4669-4674.

[31] Pang, A. Step line tension and step morphological evolution on the Si (111) (lxl) surface / A. Pang, K. Man, M. Altman et al. // Physical Review B, 2008, V. 77.

[32] Ландау, Л. Д. Статистическая физика, часть 1 / Л. Д. Ландау, Е. M. Лифшиц, Москва : Наука, Физматлит, 1995, 583 с.

[33] Bartelt, N. C. Ostwald ripening of two-dimensional islands on Si(OOl) / N. C. Bartelt, W. Theis, R. M. Tromp // Physical Review B, 1996, V. 54, P. 11741-11751.

[34] Bermond, J. Reflection electron microscopy studies of the step meandering and evaporation on vicinal surfaces of silicon / J. Bermond, J. Metois, J. Heyraud, C. Alfonso // Surface Science, 1995, V. 331, P. 855-864.

[35] Metois, J. Absolute surface energy determination / J. Metois, P. Muller // Surface Science, 2004, V. 548, P. 13 - 21.

[36] Stoyanov, S. Properties and dynamic interaction of step density waves at a crystal surface during electromigration affected sublimation / S. Stoyanov, V. Tonchev // Physical Review B, 1998, V. 58, P. 1590.

[37] Kohler, U. Scanning tunneling microscopy study of low-temperature epitaxial growth of silicon on Si (lll)-(7><7) / U. Kohler, J. E. Demuth, R. J. Hamers // Journal of Vacuum Science & Technology A, 1989, V. 7, P. 2860-2867.

[38] Ranguelov, B. Critical terrace width for step flow growth: Effect of attachment-detachment asymmetry and step permeability / B. Ranguelov, M. Altman, I. Markov // Physical Review B, 2007, V. 75, P. 245419.

[39] Patrone, P. N. From atoms to steps: The microscopic origins of crystal evolution / P. N. Patrone, T. Einstein, D. Margetis // Surface Science, 2014, V. 625, P. 37 - 43.

[40] Hildebrandt, S. Scanning tunneling microscopy investigation at high temperatures of islands and holes on Si (111) 7x7 in real time: evidence for diffusion-limited decay / S. Hildebrandt, A. Kraus, R. Kulla et al. // Surface Science, 2001, V. 486, P. 24 - 32.

[41] Kraus, A. In situ observation of thermal annealing processes of nanoholes on Si (111)77 / A. Kraus, S. Hildebrandt, R. Kulla et al. // Applied Physics A, 1998, V. 66, P. S953-S957.

[42] Hamers, R. J. Scanning tunneling microscopy of Si(001) / R. J. Hamers, R. M. Tromp, J. E. Demuth // Phys. Rev. B, 1986, V. 34, P. 5343-5357.

[43] Nielsen, J.-F. Enhanced terrace stability for preparation of step-free Si(001)-(2x1) surfaces / J.-F. Nielsen, J. P. Pelz, H. Hibino et al. // Physical Review Letters, 2001, V. 87, P.136103.

[44] Pimpinelli, A. What does an evaporating surface look like? / A. Pimpinelli, J. Villain // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 1994, V. 204, P. 521 - 542.

[45] Chang, K.-C. Arrays of widely spaced atomic steps on Si (111) mesas due to sublimation / K.-C. Chang, J. M. Blakely // Surface Science, 2005, V. 591, P. 133 - 141.

[46] Uwaha, M. Introduction to the BCF theory / M. Uwaha // Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, 2016, V. 62, P. 58 - 68.

[47] Behnam, F. Cohesive energies of crystals / F. Behnam, R. W. Godby // Physical Review B, 1991, V. 43, P. 14248-14250.

[48] McPherson, J. W. Field-enhanced Si-Si bond-breakage mechanism for time-dependent dielectric breakdown in thin-film SiC>2 dielectrics / J. W. McPherson, V. K. Reddy, H. C. Mogul // Applied Physics Letters, 1997, V. 71, P. 1101-1103.

[49] Fukaya, Y. New phase and surface melting of Si (111) at high temperature above the (7x7)-(l x 1) phase transition / Y. Fukaya, Y. Shigeta // Physical Review Letters, 2000, V. 85, P. 5150-5153.

[50] Fukaya, Y. Precursor to surface melting of Si (111) at high temperature / Y. Fukaya, Y. Shigeta // Physical Review B, 2002, V. 65.

[51] Markov, I. Crystal growth for beginners. Foundations of nucleation, crystal growth and epitaxy /1. Markov, Singapore : World Scientific, 1995, 564 p.

[52] Stoyanov, S. On the atomistic theory of nucleation rate / S. Stoyanov // Thin Solid Films, 1973, V. 18, P. 91 - 98.

[53] Venables, J. A. Nucleation and growth of thin films / J. A. Venables, G. D. T. Spiller, M. Hanbucken // Reports on Progress in Physics, 1984, V. 47, P. 399.

[54] Kandel, D. Initial stages of thin film growth in the presence of island-edge barriers / D. Kandel // Physical Review Letters, 1997, V. 78, P. 499-502.

[55] Fissel, A. RHEED investigations of MBE-growth kinetics of Si on Si (111) and SiC on SiC(100) / A. Fissel, M. Oehme, K. Pfennighaus, W. Richter // Surface Science, 1997, V. 383, P. 370 - 377.

[56] Filimonov, S. N. Kinetics of two-dimensional island nucleation on reconstructed surfaces / S. N. Filimonov, Y. Y. Hervieu // Physical Review B, 2012, V. 85, P. 045423.

[57] Voigtlander, B. Influence of surfactants on the growth-kinetics of Si on Si (111) /B. Voigtlander, A. Zinner // Surface Science Letters, 1993, V. 292, P. L775 -L780.

[58] Voigtlander, B. Modification of growth kinetics in surfactant-mediated epitaxy / B. Voigtlander, A. Zinner, T. Weber, H. P. Bonzel // Physical Review B, 1995, V. 51, P. 7583-7591.

[59] Fissel, A. MBE growth kinetics of Si on heavily-doped Si (111):P: a self-surfactant effect / A. Fissel, W. Richter // Materials Science and Engineering: B, 2000, V. 73, P. 163 -167.

[60] Iwanari, S. Surfactant epitaxy of Si on Si (111) surface mediated by a Sn layer II. Critical step flow of the growth with and without mediate / S. Iwanari, Y. Kimura, K. Takayanagi // Journal of Crystal Growth, 1992, V. 119, P. 241 - 247.

[61] Chung, W. F. The transition to step flow growth on the clean and surfactant covered Si (111) surface studied by in-situ LEEM / W. F. Chung, K. Bromann, M. S. Altman // International Journal of Modern Physics B, 2002, V. 16, P. 4353^362.

[62] Chung, W. Kinetic length, step permeability, and kinetic coefficient asymmetry on the Si (111) (7x7) surface / W. Chung, M. Altman // Physical Review B, 2002, V. 66.

[63] Iwanari, S. Surfactant epitaxy of Si on Si (111) surface mediated by a Sn layer I. Reflection electron microscope observation of the growth with and without a Sn layer mediate the step flow / S. Iwanari, K. Takayanagi // Journal of Crystal Growth, 1992, V. 119, P. 229 -240.

[64] Chaudhuri, A. R. Impact of boron on the step-free area formation on Si (111) mesa structures / A. R. Chaudhuri, H. J. Osten, A. Fissel // Journal of Applied Physics, 2015, V. 118, P. 245308.

[65] Miiller, B. Initial stages of Cu epitaxy on Ni(100): Postnucleation and a well-defined transition in critical island size / B. Miiller, L. Nedelmann, B. Fischer et al. // Physical Review B, 1996, V. 54, P. 17858-17865.

[66] Horn-von Hoegen, M. Homoepitaxy of Si (111) is surface defect mediated / M. Horn-von Hoegen, H. Pietsch // Surface Science, 1994, V. 321, P. L129 - L136.

[67] Amar, J. G. Critical cluster size: island morphology and size distribution in submonolayer epitaxial growth / J. G. Amar, F. Family// Physical Review Letters, 1995, V. 74, P. 2066-2069.

[68] Latyshev, A. V. Self-diffusion on Si (111) surfaces / A. V. Latyshev, A. B. Rrasilnikov, A. L. Aseev // Physical Review B, 1996, V. 54, P. 2586-2589.

[69] Rogilo, D. I. Critical terrace width for two-dimensional nucleation during Si growth on Si (11 l)-(7x7) surface / D. I. Rogilo, L. I. Fedina, S. S. Kosolobov et al. // Physical Review Letters, 2013, V. 111, P. 036105.

[70] Ratsch, C. Nucleation theory and the early stages of thin film growth / C. Ratsch, J. A. Venables // Journal of Vacuum Science & Technology A, 2003, V. 21, P. S96-S109.

[71] Oliveira, T. J. Scaling in reversible submonolayer deposition / T. J. Oliveira, F. D. A. Aarao Reis // Physical Review B, 2013, V. 87, P. 235430.

[72] Ratsch, C. Submonolayer epitaxy without a critical nucleus / C. Ratsch, P. Smilauer, A. Zangwill, D. Vvedensky // Surface Science, 1995, V. 329, P. L599 - L604.

[73] Evans, J. Morphological evolution during epitaxial thin film growth: Formation of 2D islands and 3D mounds / J. Evans, P. Thiel, M. Bartelt // Surface Science Reports, 2006, V. 61, P. 1-128.

[74] Markov, I. Surface energetics from the transition from step-flow growth to two-dimensional nucleation in metal homoepitaxy / I. Markov // Physical Review B, 1997, V. 56, P.12544-12552.

[75] Einax, M. Cluster growth on surfaces: Densities, size distributions, and morphologies / M. Einax, W. Dieterich, P. Maass // Review Modern Physics, 2013, V. 85, P. 921-939.

[76] Pimpinelli, A. Scaling and exponent equalities in island nucleation: novel results and application to organic films / A. Pimpinelli, L. Tumbek, A. Winkler // The Journal of Physical Chemistry Letters, 2014, V. 5, P. 995-998.

[77] Einstein, T. L. Analyzing capture zone distributions (CZD) in growth: Theory and applications / T. L. Einstein, A. Pimpinelli, D. L. Gonzalez // Journal of Crystal Growth, 2014, V. 401, P. 67-71.

[78] Miyamoto, S. Spatial correlation of self-assembled isotopically pure Ge/Si(001) nanoislands / S. Miyamoto, O. Moutanabbir, E. E. Haller, K. M. Itoh // Physical Review B, 2009, V. 79, P. 165415.

[79] Nothern, D. M. Template-dependent nucleation of metallic droplets / D. M. Nothern, J. M. Millunchick // Journal of Vacuum Science & Technology B, 2012, V. 30.

[80] Homma, Y. Ultra-large-scale step-free terraces formed at the bottom of craters on vicinal Si (111) surfaces / Y. Homma, N. Aizawa, T. Ogino // Japanese Journal of Applied Physics, 1996, V. 35, P. L241.

[81] Homma, Y. Sublimation of the Si (111) surface in ultrahigh vacuum / Y. Homma, H. Hibino, T. Ogino, N. Aizawa // Physical Review B, 1997, V. 55, P. R10237.

[82] Homma, Y. Sublimation of a heavily boron-doped Si (111) surface / Y. Homma, H. Hibino, T. Ogino, N. Aizawa // Physical Review B, 1998, V. 58, P. 13146.

[83] McRae, E. G. A new phase transition at Ge(lll) surface observed by low-energy-electron diffraction / E. G. McRae, R. A. Malic // Physical Review Letters, 1987, V. 58, P.1437-1439.

[84] Headrick, R. L. Structure determination of the Si (11 l):B(V3xV3) R 30° surface: Subsurface substitutional doping / R. L. Headrick, I. K. Robinson, E. Vlieg, L. C. Feldman // Physical Review Letters, 1989, V. 63, P. 1253-1256.

[85] Lyo, I.-W. Adsorption of boron on Si (111): Its effect on surface electronic states and reconstruction / I.-W. Lyo, E. Kaxiras, P. Avouris // Physical Review Letters, 1989, V. 63, P. 1261-1264.

[86] Bedrossian, P. Surface doping and stabilization of Si (111) with boron / P. Bedrossian, R. D. Meade, K. Mortensen et al. // Physical Review Letters, 1989, V. 63, P. 1257-1260.

[87] Finnie, P. Dynamics, interactions, and collisions of atomic steps on Si (111) in sublimation / P. Finnie, Y. Homma // Physical Review Letters, 1999, V. 82, P. 2737.

[88] Homma, Y. Morphological instability of atomic steps observed on Si (111) surfaces / Y. Homma, P. Finnie, M. Uwaha // Surface Science, 2001, V. 492, P. 125 - 136.

[89] Finnie, P. Stability-instability transitions in silicon crystal growth / P. Finnie, Y. Homma // Physical Review Letters, 2000, V. 85, P. 3237.

[90] Hibino, H. Structural and morphological changes on surfaces with multiple phases studied by low-energy electron microscopy / H. Hibino, Y. Homma, C.-W. Hu et al. // Applied Surface Science, 2004, V. 237, P. 51-57.

[91] Fissel, A. Impact of surface phase coexistence on the development of step-free areas on Si (111) / A. Fissel, A. R. Chaudhuri, J. Krugener et al. // Frontiers of Materials Science, 2015, V. 9, P. 141-146.

[92] Tanaka, S. Fabrication of arrays of large step-free regions on Si(001) / S. Tanaka, C. C. Umbach, J. M. Blakely et al. // Applied Physics Letters, 1996, V. 69, P. 1235-1237.

[93] Nielsen, J.-F. Controlled striped phase formation on ultraflat Si(001) surfaces during diborane exposure / J.-F. Nielsen, J. P. Pelz, H. Hibino et al. // Applied Physics Letters, 2001, V. 79, P. 3857-3859.

[94] Nielsen, J.-F. Observation of direct-current-induced step bending patterns on Si(001) / J.-F. Nielsen, J. P. Pelz, M. S. Pettersen // Surface Review and Letters, 2000, V. 07, P. 577-582.

[95] Liu, D.-J. Current-induced step bending instability on vicinal surfaces / D.-J. Liu, J. D. Weeks, D. Kandel // Physical Review Letters, 1998, V. 81, P. 2743-2746.

[96] Métois, J.-J. Steady-state motion of silicon islands driven by a DC current / J.-J. Métois, J.-C. Heyraud, A. Pimpinelli // Surface Science, 1999, V. 420, P. 250-258.

[97] Oliver, A. C. Thin Si02 layers on Si (111) with ultralow atomic step density / A. C. Oliver, J. M. Blakely // Journal of Vacuum Science & Technology B, 2000, V. 18, P. 2862-2864.

[98] Hojo, D. Direct observation of two-dimensional growth at SiO/Si (111) interface / D. Hojo, N. Tokuda, K. Yamabe // Thin Solid Films, 2007, V. 515, P. 7892 - 7898.

[99] Lee, D. A growth method for creating arrays of atomically flat mesas on silicon / D. Lee, J. M. Blakely, T. W. Schroeder, J. R. Engstrom // Applied Physics Letters, 2001, V. 78, P. 1349-1351.

[100] Kan, H.-C. Effect of length scales in directing step bunch self-organization during annealing of patterned vicinal Si (111) surfaces: Comparison with a simple near-equilibrium model / H.-C. Kan, T. Kwon, R. Phaneuf // Physical Review B, 2008, V. 77, P. 205401.

[101] Li, K. Controlled formation of atomic step morphology on micropatterned Si (100) / K. Li, N. Pradeep, S. Chikkamaranahalli et al. // Journal of Vacuum Science & Technology B, 2011, V. 29, P. 041806.

[102] Ignatescu, V. Early morphological changes on Si (111) surfaces during UHV processing / V. Ignatescu, J. M. Blakely // Journal of Vacuum Science & Technology A, 2007, V. 25, P. 1449-1455.

[103] Duxbury, P. M. Dynamics of crystal surfaces and interfaces / P. M. Duxbury, T. J. Pence // Crystal Research and Technology, 1998, V. 33, P. 182-182.

[104] O'Mara, W. Handbook of semiconductor silicon technology / W. O'Mara, R. B. Herring, L. P. Hunt, Noyes Publications, The United States, 2007.

[105] Патент РФ № 2014103552/05, 03.02.2014, А. В. Савостин, К. О. Болтарь, А. А. Лопухин, А. И. Еремчук, 3. Н. Ефимова, П. В. Власов, Л. В. Киселева, Способ химико-механического полирования пластин арсенида галлия // Патент России, № 2545295, 2014. Бюл. № 9.

[106] Ma, Z. Ultra-smooth polishing of high-precision optical surface / Z. Ma, L. Peng, J. Wang // Optik - International Journal for Light and Electron Optics, 2013, V. 124, P. 6586-6589.

[107] Патент США № 09/999,099, 19.07.1999, D. Fenner, Adaptive GCIB for smoothing surfaces // Патент США, №6,805,807, 2004.

[108] Frost, F. Surface engineering with ion beams: from self-organized nanostructures to ultra-smooth surfaces / F. Frost, B. Ziberi, A. Schindler, B. Rauschenbach // Applied Physics A, 2008, V. 91, P. 551-559.

[ 109] Muñoz García, J. Self-organized nanopatterning of silicon surfaces by ion beam sputtering / J. Muñoz García, L. Vázquez, M. Castro et al. // Materials Science and Engineering R, 2014, V. 86, P. 1-44.

[110] Патент США, № 09/979,084,16.03.2000, N. Kobayashi, S. Akiyama, Method for manufacturing silicon mirror wafer, silicon mirror wafer, and heat treatment furnace // Патент США, № 6,806,199, 2004.

[111] Xu, Y. W. Formation of ultra-smooth 45° micromirror on (100) silicon with low concentration TMAH and surfactant: Techniques for enlarging the truly 45° portion / Y. W. Xu, A. Michael, C. Y. Kwok // Sensors and Actuators A: Physical, 2011, V. 166, P. 164 - 171.

[112] Hirayama, H. Growth of atomically flat ultra-thin Ag films on Si surfaces / H. Hirayama // Surface Science, 2009, V. 603, P. 1492-1497.

[113] Charles, M. Modification of the surface morphology of silicon(l 11) with growth temperature / M. Charles, J. Hartmann // Surface Science, 2013, V. 608, P. 199-203.

[114] Tokuda, N. Formation of step-free surfaces on diamond (111) mesas by homoepitaxial lateral growth / N. Tokuda, T. Makino, T. Inokuma, S. Yamasaki // Japanese Journal of Applied Physics, 2012, V. 51, P. 090107.

[115] Tokuda, N. Growth of atomically step-free surface on diamond (111) mesas / N. Tokuda, H. Umezawa, K. Yamabe et al. // Diamond and Related Materials, 2010, V. 19, P. 288-290.

[116] Mizuochi, N. Isotope effect of deuterium microwave plasmas on the formation of atomically flat (111) diamond surfaces / N. Mizuochi, N. Tokuda, M. Ogura, S. Yamasaki // Japanese Journal of Applied Physics, 2012, V. 51, P. 090106.

[117] Ignatescu, V. Morphological evidence for surface pre-melting on Si (111) / V. Ignatescu, J. M. Blakely// Surface Science, 2007, V. 601, P. 5459-5465.

[118] Lee, D. Formation and stability of large step-free areas on Si(001 ) and Si ( 111 ) / D. Lee, J. Blakely // Surface Science, 2000, V. 445, P. 32 - 40.

[119] Fissel, A. Preparation of large step-free mesas on Si (111) by molecular beam epitaxy / A. Fissel, J. Krgener, H. J. Osten //Physica Status Solidi C, 2012, V. 9, P. 2050-2053.

[120] Nishikawa, S. The diffraction of cathode rays by calcite / S. Nishikawa, S. Kikuchi // Proceedings of the Imperial Academy, 1928, V. 4, P. 475^77.

[121] Nishikawa, S. Diffraction of cathode rays by mica / S. Nishikawa, S. Kikuchi // Nature, 1928, V. 121, P. 1019-1020.

[122] Davisson, C. Diffraction of electrons by a crystal of nickel / C. Davisson, L. H. Germer // Physical Review, 1927, V. 30, P. 705-740.

[123] Uyeda, R. Cathode-ray investigation of the surface oxidation of zincblende / R. Uyeda, S. Takagi, H. Hagihara // Physico-Mathematical Society of Japan. 3rd Series, 1941, V. 23, P. 1049-1058.

[124] Hasegawa, S. Reflection high-energy electron diffraction / S. Hasegawa // Characterization of Materials. New York : John Wiley & Sons, Inc., 2002, P. 1925-1938.

[125] Markov, V. Undamped RHEED oscillations during Si and Ge homoepitaxy / V. Markov, O. Pchelyakov, L. Sokolov et al. // Superlattices and Microstructures, 1991, V. 10, P. 135-137.

[126] Stenin, S. I. Molecular beam epitaxy of semiconductor films and modulated structures / S. I. Stenin, A. I. Toropov // Crystal Research and Technology, 1989, V. 24, P. 735-744.

[127] Auciello, O. In situ real-time characterization of thin films / O. Auciello, A. Krauss. A Wiley interscience publication, New York : Wiley, 2001, 280 p.

[128] Latyshev, A. V. Application of ultrahigh vacuum reflection electron microscopy for the study of clean silicon surfaces in sublimation, epitaxy, and phase transitions / A. V. Latyshev, A. B. Krasilnikov, A. L. Aseev // Microscopy Research and Technique, 1992, V. 20, P. 341-351.

[129] Wang, Z. L. Reflection electron microscopy and spectroscopy for surface analysis / Z. L. Wang, Cambridge : Cambridge University Press, 2005, 436 p.

[130] Van Hove, M. A. Low-energy electron diffraction / M. A. Van Hove, W. H. Weinberg, C.-M. Chan, London : Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1986, 603 p.

[131] Tromp, R. M. Low-energy electron microscopy / R. M. Tromp // IBM Journal of Research and Development, 2000, V. 44, P. 503-516.

[132] Bauer, E. Low energy electron microscopy / E. Bauer // Reports on Progress in Physics, 1994, V. 57, P. 895.

[133] Bauer, E. LEEM Basics / E. Bauer // Surface Review and Letters, 1998, V. 05, P. 1275-1286.

[134] Figuera, J. Low-energy electron microscopy / J. Figuera // Surface Science Techniques. Berlin : Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013, V. 51, P. 1-33.

[135] Altman, M. S. Trends in low energy electron microscopy / M. S. Altman // Journal of Physics: Condensed Matter, 2010, V. 22, P. 084017.

[136] Goldstein, J. Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis / J. Goldstein, D. E. Newbury, D. C. Joy et al., New York : Springer, 2003, 689 p.

[137] Kaneko, A. Ultrahigh vacuum scanning electron microscope system combined with wide-movable scanning tunneling microscope / A. Kaneko, Y. Homma, H. Hibino, T. Ogino // Review of Scientific Instruments, 2005, V. 76, P. 083709.

[138] Hilfiker, J. 5 - In situ spectroscopic ellipsometry (SE) for characterization of thin film growth / J. Hilfiker // In Situ Characterization of Thin Film Growth / Woodhead Publishing, 2011, P. 99-151.

[139] Cappella, B. Force-distance curves by atomic force microscopy / B. Cappella,

G. Dietler // Surface Science Reports, 1999, V. 34, P. 1-104.

[140] Binnig, G. Scanning tunneling microscopy / G. Binnig, H. Rohrer // IBM Journal of Research and Development, 1986, V. 30, P. 355-369.

[141] Kitamura, S.-I. Observation of surface reconstruction on silicon above 800°C using the STM / S.-I. Kitamura, T. Sato, M. Iwatsuki // Nature, 1991, V. 351, P. 215-217.

[142] Ruska, E. The development of the electron microscope and of electron microscopy / E. Ruska // Review Modern Physics, 1987, V. 59, P. 627-638.

[143] Nobuyuki, O. Image contrast of dislocations and atomic steps on (111) silicon surface in reflection electron microscopy / O. Nobuyuki, T. Yasumasa, Y. Katsumichi,

H. Goro // Surface Science, 1981, V. 102, P. 424 - 442.

[144] Nielsen, P. Surface imaging using diffracted electrons / P. Nielsen, J. Cowley // Surface Science, 1976, V. 54, P. 340 - 354.

[145] Оура, К. Введение в физику поверхности / К. Оура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин, M.: Наука, 2006, 490 с.

[ 146] Aseev, A. In situ UHV REM study of the structure of silicon surfaces / A. Aseev, A. Latyshev, A. Krasilnikov, L. Litvin // Institute of Physics Conference Series, 1991, P. 427-430.

[147] Binnig, G. Atomic Force Microscope / G. Binnig, C. F. Quate, C. Gerber // Physical Review Letters, 1986, V. 56, P. 930-933.

[148] Tamura, M. Focused ion beam gallium implantation into silicon / M. Tamura, S. Shukuri, M. Moniwa, M. Default // Applied Physics A, 1986, V. 39, P. 183-190.

[149] Kumar, P. Ga-induced superstructures on the Si (111) 7x7 surface / P. Kumar, M. Kumar, B. Mehta, S. Shivaprasad // Applied Surface Science, 2009, V. 256, P. 480 - 483.

[150] Kim, С.-S. Review: Developments in micro/nanoscale fabrication by focused ion beams / C.-S. Kim, S.-H. Ahn, D.-Y. Jang // Vacuum, 2012, V. 86, P. 1014 - 1035.

[151] Лапшинов, Б. А. Технология литографических процессов. Учебное пособие - Московский государственный институт электроники и математики / Б. А. Лапшинов, Москва : Московский государственный институт электроники и математики, 2011, 95 с.

[152] Honig, R. Е. Sublimation studies of silicon in the mass spectrometer / R. E. Honig // The Journal of Chemical Physics, 1954, V. 22, P. 1610-1611.

[153] Chernov, A. A. Wetting of solid surfaces by a structured simple liquid: effect of fluctuations / A. A. Chernov, L. V. Mikheev // Physical Review Letters, 1988, V. 60, P. 2488-2491.

[154] Frenken, J. W. M. Observation of surface-initiated melting / J. W. M. Frenken, P. M. J. Marée, J. F. van der Veen // Physical Review B, 1986, V. 34, P. 7506-7516.

[155] Pluis, B. Crystal-face dependence of surface melting / B. Pluis, A. W. D. van der Gon, J. W. M. Frenken, J. F. van der Veen // Physical Review Letters, 1987, V. 59, P. 2678-2681.

[156] Kitamura, N. Real-time observations of vacancy diffusion on Si(001)-(2x 1) by scanning tunneling microscopy / N. Kitamura, M. G. Lagally, M. B. Webb // Physical Review Letters, 1993, V. 71, P. 2082-2085.

[157] Tang, J. SiO desorption kinetics of Si (111) surface oxidation studied by realtime photoelectron spectroscopy / J. Tang, K. Nishimoto, S. Ogawa et al. // е-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 2013, V. 11, P. 116-121.

[158] Komeda, T. Layer-by-layer etching of Si (111) surface by oxygen at elevated temperature / T. Komeda, Y. Nishioka // Japanese Journal of Applied Physics, 1997, V. 36, P. 1582.

[159] Nasimov, D. AFM and STM studies of quenched Si (111) surface / D. Nasimov, D. Sheglov, E. Rodyakina et al. // Physics of Low Dimensional Structures, 2003, P. 157-166.

[160] Williams, F. J. Why Si(100) steps are rougher after etching / F. J. Williams, C. M. Aldao, Y. Gong, J. H. Weaver // Physical Review B, 1997, V. 55, P. 13829-13834.

[161] Bedrossian, P. Anisotropic vacancy kinetics and single-domain stabilization on Si(100)-2*1 / P. Bedrossian, T. Klitsner // Physical Review Letters, 1992, V. 68, P. 646-649.

[162] Latyshev, A. Reflection electron microscopy study of clean Si (111) surface reconstruction during the (7x7)- (lxl) phase transition / A. Latyshev, A. Rrasilnikov, A. Aseev et al. // Surface Science, 1991, V. 254, P. 90 - 96.

[163] Ehrlich, G. Atomic view of surface self-diffusion: tungsten on tungsten / G. Ehrlich, F. G. Hudda // The Journal of Chemical Physics, 1966, V. 44, P. 1039-1049.

[164] Sitnikov, S. Attachment-detachment limited kinetics on ultra-flat Si (111) surface under etching with molecular oxygen at elevated temperatures / S. Sitnikov, S. Kosolobov, A. Latyshev // Surface Science, 2015, V. 633, P. L1-L5.

[ 165] Киттель, Ч. Введение в физику твердого тела: Учебное пособие по физике / Ч. Киттель, Москва : Книга по Требованию, 2012, 789 с.

[166] McCarty, К. F. Surface dynamics dominated by bulk thermal defects: The case of NiAl(U0) / K. F. McCarty, J. A. Nobel, N. C. Bartelt // Physical Review B, 2005, V. 71, P. 085421.

[167] Poelsema, B. Bulk-surface vacancy exchange on Pt(lll) / B. Poelsema, J. B. Hannon, N. C. Bartelt, G. L. Kellogg // Applied Physics Letters, 2004, V. 84, P. 2551-2553.

[168] Suezawa, M. Formation and migration energies of a vacancy and an interstitial in a high-purity Si crystal determined by detecting complexes of point defects and hydrogen: Evaluation of activation energies of self-diffusion / M. Suezawa, N. Fukata, Y. Iijima, I. Yonenaga // Japanese Journal of Applied Physics, 2014, V. 53, P. 091302.

[169] Suezawa, M. On the nature of thermal equilibrium point defects in Si: Are the thermal equilibrium point defects in Si crystals Frenkel pairs or Schottky defects? / M. Suezawa, Y. Iijima, I. Yonenaga // Japanese Journal of Applied Physics, 2017, V. 56, P. 048005.

[170] Pimpinelli, A. Step motions on high-temperature vicinal surfaces / A. Pimpinelli, I. Elkinani, A. Karma et al. // Journal of Physics: Condensed Matter, 1994, V. 6, P. 2661.

[171] Lander, J. J. Low voltage electron diffraction study of the oxidation and reduction of silicon / J. J. Lander, J. Morrison // Journal of Applied Physics, 1962, V. 33, P. 2089-2092.

[ 172] Smith, F. Reaction of oxygen with Si (111) and (100): critical conditions for the growth of Si02 / F. Smith, G. Ghidini // Journal of the Electrochemical Society, 1982, V. 129, P. 1300-1306.

[173] Memmert, U. Comparison between Si(100) and Si (111) in the reaction with oxygen at high temperatures / U. Memmert, M. L. Yu // Surface Science Letters, 1991, V. 245, P. L185-L189.

[174] Yu, M. L. Real-time study of oxygen reaction on Si(100) / M. L. Yu, B. N. Eldridge // Physical Review Letters, 1987, V. 58, P. 1691-1694.

[175] Hannon, J. B. Etching of the Si(001) surface with molecular oxygen / J. B. Hannon, M. C. Bartelt, N. C. Bartelt, G. L. Kellogg // Physical Review Letters, 1998, V. 81, P. 4676-4679.

[176] Misbah, C. Advacancy-induced step bunching on vicinal surfaces / C. Misbah, O. Pierre-Louis, A. Pimpinelli // Physical Review B, 1995, V. 51, P. 17283-17286.

[177] Bales, G. S. Self-consistent rate theory of submonolayer homoepitaxy with attachment/detachment kinetics / G. S. Bales, A. Zangwill // Physical Review B, 1997, V. 55, P. R1973-R1976.

[178] Yang, Y.-N. High atom density in the "lxl" phase and origin of the metastable reconstructions on Si (111) / Y.-N. Yang, E. D. Williams // Physical Review Letters, 1994, V. 72, P. 1862-1865.

[179] Fedina, L. Precise surface measurements at the nanoscale / L. Fedina, D. Sheglov, S. Kosolobov et al. // Measurement Science and Technology, 2010, V. 21, P. 054004.

[180] Патент РФ № 2011100189/28, 11.01.2011, C.B. Ситников, С.С. Косолобов, Д.В. Щеглов, А.В. Латышев, Способ формирования плоских гладких поверхностей твердотельных материалов // Патент России, № 2453874, 2012. Бюл. № 17.

[181] Kurashima, Y. Fabrication of ultrasmooth mirrors by UV-nanoimprint / Y. Kurashima, W. Ito, I. Miyamoto et al. // Japanese Journal of Applied Physics, 2008, V. 47, P. 5156.

[182] Hervieu, Y. Kinetics of second layer nucleation with permeable steps / Y. Hervieu, I. Markov // Surface Science, 2014, V. 628, P. 76 - 81.

[183] Gibbons, В. Evidence for diffusion-limited kinetics during electromigration-induced step bunching on Si (111) / B. Gibbons, S. Schaepe, J. Pelz // Surface Science, 2006, V. 600, P. 2417-2424.

[184] Рогило, Д. И. Формирование двумерных островков на поверхности Si (111) при гомоэпитаксиальном росте / Д. И. Рогило, Л.И. Федина, С.С. Косолобов, А.В. Латышев // Вестник НГУ, 2014, Т. 9, С. 156-166.