Etude de l'interface siliciure d'erbium sur silicium par microscopie en champ proche à effet tunnel sous ultravide

Scanning tunneling microscopy study of the Er/Si(111) interface

• Auteur / Autrice : Sylvain Pelletier
• Direction : Jean-Claude Labrune
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie tunnel à balayage

Siliciures

Résumé

Nous avons étudié par STM la croissance de composés d'erbium sur les surfaces Si(111) 7x7, Si(111)-B-√3x√3 R30° et Ge(111) c(2x8). L'interface Er/Si(111) 7x7 présente 2 structures stables : le siliciure 2D ErSi2 1x1 et le siliciure 3D ErSi1,7 √3x√3 R30°. En dessous d'une densité critique d'atomes d'erbium nécessaireà la formation du siliciure 2D, plusieurs reconstructions métastables comme la 5x2 et la 2√3x2√3 R30° apparaissent. Afin d'étudier l'influence de la récativité de surface sur la croissance du siliciure d'erbium, des substrats de silicium dopé bore √3x√3 R30° ont été utilisés. La réactivité de surface peut ainsi être contrôlée par l'intermédiaire de la quantité de bore présent à proximité de la surface. Dans le cas où la concentration en bore n'est pas maximale, on observe des reconstructions comparables à celles observées sur la surface 7x7. Par contre, lorsque la quantité de bore est maximale, aucune structure métastable n'est observée. Des expériences de spectroscopie ISS et de photoémission UV ont permis d'écarter la présence de bore dans les différents siliciures et de démontrer que le siliciure 2D obse3vé en STM présente une surface métallique et une cristallographie semblable à celle observée sur 7x7. Les images en résolution atomique de la surface des îlots ont montré une reconstruction 1x1 contrainte. Les liaisons Si-B étant plus courtes que les liaisons Si-Si, le bore induit des contraintes locales à l'interface. Nous avons aussi étudié l'interface Er/Ge(111) c(2x8) car le silicium et le germanium possèdent une structure cristallographique identique avec des paramètres de maille voisins. Nous avons observé que l'erbium réagit avec la surface et forme un germaniure 2D reconstruit 1x1 et un germaniure 3D reconstruit √3x√3 R30°. Les similitudes entre les systèmes Er/Ge(111) et Er/Si(111) suggèrent que les structures cristallographiques des composés ErGex sont proches de celles des siliciures 2D ErSi2 et 3D ErSi1,7.

We studied the growth of Er compounds on Si(111) 7x7, boron doped Si(111) and Ge(111) c(2x8) surfaces using STM. The invistigation of the Er/Si(111) system revealed a very complex interface with numerous silicides and a growth mode layer-by-layer. Two stable silicides phases are detected : a two-dimensional ErSi2 1x1 and a 3 dimensional ErSi1,7 √3x√3 R30° silicides. There is a critical Er adatom density for the formation of 2D ErSi2 silicide upon Er reaction with Si(111) 7x7. Below this density, several Er induced metastable reconstructions like 5x2 and 2√3x2√3 R30° have been observed. In order to clarify the influence of the surface reactivity on the Er silicide growth, we deposited Er on highly boron-doped silicon(111) substrate. The surface reactivity can thus be adjusted by the boron concentration at the interface. When the boron concentration is weak, the erbium silicides are similar to those on the high reactive Si(111) 7x7. For highly boron-doped surface, the metastable phases disappear. ISS and ARUPS investigations performed on this system showed that no noticeable substitution of boron occurs from the substrate to the silicide. Furthermore, this silicide presents a crystallographic structure similar to that of the 2D silicide on Si(111) 7x7. Its surfaces is metallic. High-resolution STM images clearly reveal a defected 1x1 reconstruction on the 2D silicide. At the interface, the boron atoms induce local strain, which is due to the difference in covalent atomic radius between boron and silicon. We also investigated the Er/Ge(111) interface. We found that Er reacts with Ge(111) c(2x8) reconstruction and forms either 2D germanide with a 1x1 surface periodicity or a 3D germanide with a √3x√3 R30° bulk periodicity. This close similarity between Er/Ge(111) and Er/Si(111) systems suggest that the crystallographic structure of this ErGex alloys is close to that of the 2D ErSi2 and 3D ErSi1. 7 silicides.