Двухмерные структуры

Материал	Поверхность	Поверхностная структура	Метод приготовления поверхности
Si	(111)	2´1	Скол в вакууме
7´7	Скол + нагрев 200 °С Гомоэпитаксия отжиг при 1100 °С
1´1	Ионная бомбардировка + отжиг 1000 °С; Длительный нагрев при 850-1000 °С; Скол + нагрев 400 °С
	Ионная бомбардировка + отжиг
Ge	(111)	2´1	Скол в вакууме
1´1	Скол + нагрев 120 °С
8´8	Ионная бомбардировка + отжиг 600 °С Длительный нагрев при 800 °С Скол + нагрев
12´12	Нагрев в вакууме
GaAs	(111)	2´2	Ионная бомбардировка + отжиг Длительный нагрев 600 °С
1´1	Скол в вакууме
()	1´1	Ионная бомбардировка + отжиг Скол в вакууме.

Бауэр, используя электронную Оже-спекгроскопию совместно с ДМЭ, показал, что структура Si(111)- возникает из-за наличия на исследуемой поверхности кремния атомов никеля.

Таким образом, данные ДМЭ свидетельствует о том, что наблюдаемые сверхструктуры являются стабильными в определенном температурном интервале и существенно зависят от условий приготовления поверхности. Рассмотрим для примера поверхность германия (111). При расколе кристалла в сверхвысоком вакууме на образовавшейся грани наблюдается сверхструктура (2´1), которая является метастабильной и переходит в стабильную структуру (1´1) под действием таких факторов как нагрев кристалла (120 °С), облучение поверхности электронами высоких энергий и адсорбция молекул воды.

Для объяснения дополнительных рефлексов, наблюдаемых от поверхностных сверхструктур, был предложен ряд моделей поверхности. Детальные атомные модели поверхностей (111) Si и Ge были разработаны Ландером и Моррисоном, Сейватцем и Ханеманом.

Модель Ландера и Моррисона (вакансионная модель) допускает, что некоторые атомы поверхности удалены (рис.6.1.). При этом считают, что часть атомов, соседних с образовавшимися вакансиями, формирует сопряженные ps- связи.

Модель Сейватца предполагает наличие сопряженных двойных связей, подобно имеющимся у органических молекул. В результате могут образовываться сверхструктуры с дробными единичными векторами , и т.д., которые в принципе могут объяснить любую наблюдаемую в экспериментах по ДМЭ дифракционную картину. Независимых экспериментальных подтверждений существования двойных связей по поверхности Si и Ge пока не получено.

В модели Ханемана поверхность представляется гофрированной или покоробленной так, что некоторые из поверхностных атомов поднимаются или опускаются на расстояние до 1 А. Учитывая эти предпосылки рассмотрим возможную модель поверхности Si(111)-(2´l). Согласно такой модели (рис. 6.2) на поверхности существуют две группы атомов, расположенных рядами в направлении <110>. Одна группа атомов сдвинута вверх, а другая – вниз относительно своих равновесных (объемных) положений.

У приподнятых атомов связи примут тригонально-пирамидальную конфигурацию, и в «оборванной» неспаренной орбитам возрастет доля s- состояния. Вероятность перекрытия этих орбиталей мала. Опущенные атомы занимают положения, соответствующие тригонально-плоской конфигурации связей вследствие перекрытия sp² -гибридных орбит, а в «оборванной» орбитали возрастает доля р -состояния. Эти неспаренные орбитали будут перекрываться, образуя p -связи.

Работы по изучению силы связей показывают, что в настоящее время модель Ханемана является предпочтительной. В рамках этой модели можно описать структуру полярных граней GaAs()-(1´1) и GaAs(111)-(2´2). Необходимо отметить, что сейчас нет единой теории, которая могла бы объяснить закономерности, по которым происходит перестройка поверхности. И многочисленные модели атомарно-чистых поверхностей, предлагаемые в литературе, пока можно рассматривать как некоторые гипотетические схемы.