Book/Report

FZJ-2018-03575

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Untersuchung von dünnen Silizidschichten auf Silizium mittels Elektronenspektroskopiemethoden

Popovic, S. (Corresponding author)FZJ*

1991
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/18936

Report No.: Juel-2516

Abstract: In der vorliegeliden Arbeit werden Ergebnisse der Untersuchungen an dünnen Eisen- und Chromsilizidschichten (<100 $\mathring{A}$) vorgestellt. Zur Charakterisierung der entstandenen Phasen werden folgende oberflächenempfindlichen Meßmethoden in situ angewendet: hochauflösende Elektronen-Energie-Verlust-Spektroskopie (HREELS), Auger-Spektroskopie (AES), Elektronen-Energie-Verlust-Spektroskopie (EELS) sowie die Beugung langsamer Elektronen (LEED). Mit ihrer Hilfe werden der Ablauf der Silizidbildung nach den Temperschritten im Bereich 380-760 °C verfolgt und die elektronischen und vibronischen Eigenschaften der auftretenden Silizidphasen analysiert. Nach der Reaktion von 30 $\mathring{A}$ Fe mit Si(111) bilden sich im untersuchten Temperaturbereich zwei gut definierte, stabile Phasen aus. Zwischen 400 und 500 °C existiert das metallische FeSi. Als nächste Phase entsteht das siliziumreichere $\beta$-FeSi$_{2}$, welches zwischen 550 und 680 °C stabil bleibt. Deutliche Hinweise auf seinen halbleitenden Charakter stammen von den HREELS-Messungen. Das Auftreten von gutausgeprägten Ein- und Mehrfachverlusten sowie -gewinnen im fernen Infrarot-Energiebereich als Vielfaches von 50 meV wird der Anregung von Fuchs-Kliewer Oberflächenphononen zugeschrieben. Die Berechnung der HREELVerlustspektren erfolgt im Rahmen der dielektrischen Theorie der Oberflächenstreuung nach einem Mehrschichtmodell. Sie zeigen sehr gute Übereinstimmung mit dem Experiment. Sowohl der geringe q$_{\vert \vert}$ -Übertrag als auch die festgestellte breite Verluststruktur mit dem Einsatzpunkt bei 0.8 eV geben klare Argumente für die Existenz eines direkten Interbandübergangs im halbleitenden $\beta$-PeSi$_{2}$ bei 0.8 eV (1.55 $\mu$m). Oberhalb von 680 °C bricht die geschlossene Eisensilizidschicht auf, so daß größere Bereiche des Si(111)-Substrats sichtbar werden.Aus den dünnen Chromschichten (25 $\mathring{A}$) auf Si(111) geht nach der Temperung als einzige stabile Phase CrSi$_{2}$ hervor. Sie bleibt in dem Temperaturbereich zwischen 440 und 600 °C stabil. HREELS-Messungen zeigen keine charakteristischen Strukturen im Energiebereich unterhalb von 1 eV sondernnur ein deutliches Kontinuum von Verlusten, welches auf ein metallisches Verhalten der dünnen CrSi$_{2}$-Schichten hindeutet. Chromdisilizid ist aus der Literatur als ein indirekter Halbleiter mit der Bandlücke von 0.3 eV bekannt. Strukturelle Abweichungen von der idealen hexagonalen Kristallstruktur, wie sie z.B. bei Stapelfehlern auftreten, beeinilußen jedoch die elektronischen Eigenschaften des Schichtsystems auf kritische Weise. Bei den aufgetragenen Chromschichten zeigt sich die große Vermischungstendenz mit Si schon qei Zimmertemperatur. BELS-Messungen weisen auf einen reagierten Bereich, der sich bis zu 25 $\mathring{A}$ erstreckt. Ab 640 °C kommt es zu einer Anreicherung der Probenoberfläche mit Si. Analog zu dem Eisensilizid brechen dünne Chromsilizidfilme auf, wodurch wieder größere Bereiche des Si(111)-Substrats zum Vorschein kommen. Eine Segregation der Si-Atome an der Oberfläche kann ausgeschlossen werden, weilVolumenananregungen des Si-Substrats (Plasmonen) auftreten.

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Contributing Institute(s):

1. Publikationen vor 2000 (PRE-2000)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

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Database coverage:

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