Кинетика и механизм поверхностных реакций при гомоэпитаксии GaAs и InAs и при фотохимическом и термическом разложении ионных кристаллов

В данной работе будут рассмотрены реакции термического и фотохимического разложения (ТР и ФХР) ионных кристаллов оксалата серебра и гидрида алюминия, а так же реакции синтеза арсенида галлия и индия в молекулярно-лучевой эпитаксии из пучков Оа (1п) и Аб^ На первый взгляд данные реакции разложения и синтеза кажутся существенно различными.

Разложение ионных кристаллов А1Нз и Ag2C204 под действием тепла и света на твердую (металлическую) и газовую фазы (Н2, СО2) является традиционным объектом исследования в топохимии — уже немолодой области науки о процессах в твердой фазе, происходящих через образование и рост зародышей твердого продукта реакции. В то же время науке о МЛЭ не более 20 лет — ее становление началось с открытия осцилляций интенсивности зеркального рефлекса (ЗР) в дифракции электронов высоких энергий на отражение (ДЭВЭО) при эпитаксиальном росте ОаАБ (001). Было установлено, что гомоэпитаксия арсенида галлия происходит на поверхности послойно через зарождение двумерных островков новой фазы и их разрастание, и последующее слияние в слой моноатомной толщины. Осцилляции ЗР являются следствием такого послойного роста, описываемого двумерной топохимией.

Таким образом и реакции ТР и ФХР, и процессы МЛЭ роста имеют одинаковый топохимический характер, что предполагает применение единого подхода к исследованию элементарных стадий в этих процессах.

Хорошо известно, что ТР и ФХР ионных кристаллов начинается со стадии так называемого начального газовыделения, которое наблюдается на кинетической кривой степени разложения от времени. Начальное газовыделение является следствием разложения поверхности и оно предшествует появлению ядер {зародышей} твердого продукта. Очевидно, на этой стадии измереную валовую скорость процесса можно пронормировать на величину полной поверхности образца и анализировать полученную удельную скорость на основе кинетических уравнений среднего поля (КУСП) в рамках той или иной кинетической схемы. Такой подход разработанный автором совместно с рядом сотрудников ИХТТ СО РАН, оказался плодотворным и позволил существенно продвинуться в кинетическом анализе процессов на атомном уровне в реакциях TP и ФХР AIH3, LiH, Ag2C2C>4. Данный кинетический подход и полученные на его основе результаты представлены в первой главе диссертации.

Согласно кинетическим представлениям гомоэпитаксия арсенида галлия на поверхности представляет собой последовательность элементарных химических реакций: адсорбция и десорбция атомов и молекул, их миграционные перемещения по поверхности, крекинг и диссоциативная хемосорбция молекул с образованием атомов, химический элементарный акт встраивания адатомов в узлы кристаллической решетки и другие элементарные процессы. Параллельно происходят сопутствующие процессы: кластерообразование (в особенности по металлическому компоненту), димеризация поверхностных атомов при замыкании болтающихся связей (dangling bonds) и другие. Вместе с тем анализ литературных данных по гомоэпитаксии GaAs показывает, что доминирующим подходом на сегодня является рассмотрение МЛЭ, как процесса аналогичного нанесению металла на металлическую или полупроводниковую поверхность. Считается, что главным фактором, определяющим весь процесс является диффузия атомов Ga по поверхности. Такой подход рассматривает гомоэпитаксию GaAs как эпитаксию однокомпонентной системы и рост происходит как бы из готовых кристаллических блоков. Указанный подход к МЛЭ можно определить как физический. При таком рассмотрении роль химических процессов, перечисленных выше остается невыясненной и не исследованной. Очевидно, что МЛЭ арсенида галлия из пучков Оа Аб4 — это прежде всего химический процесс на поверхности, описываемый суммарной реакцией Оапар+¼ А84газ->ОаА8та.

Напомним, что МЛЭ родилось из нужд микроэлектроники и физики полупроводников. Основная технологическая работа легла на плечи физиков. Современная МЛЭ — это комплекс сложнейшего сверхвысоковакуумного оборудования, как правило совмещенное с исследовательским центром поверхности (Оже-, ЭСХА-, УФ-спектроскопии, масс-спектрометрия, СТМ и др.), а также с широким набором диагностической аппаратуры для исследования выращенных структур (электронная микроскопия, низкотемпературная фотолюминисценция, Фурье и рамановская спектроскопии и многое другое). Поэтому в научной литературе по химии и гетерогенному катализу практически нельзя найти работ по МЛЭ, химики как бы не обращают внимания на МЛЭ, в то же время физики-технологи, занимающиеся МЛЭ, довольно консервативны, чтобы «опуститься» до химии. Однако растущие потребности современной микро, нано и оптоэлектроники ставят перед технологией МЛЭ задачу получения предельно высокого качества как самих пленок так и границ между ними. Приборы на гетероструктурах с квантовыми ямами до 100 А и менее, кристаллические пленки любой толщины вплоть до моноатомной с заданным химическим составом, гетероэпитаксия разнородных материалов и так далее — способна реализовать только технология МЛЭ. Поэтому разработка теории и корректных представлений о механизмах эпитаксиального роста крайне актуальна. Господствующее феноменологическое описание процесса через зарождение и рост островков на гладкой террасе из готовых кристаллических блоков неизбежно приводит к противоречиям и ложным представлениям о росте.

В настоящей работе всесторонне рассматривается химическая, точнее топохимическая, сторона процесса, разумеется без игнорирования физических процессов на поверхности, то есть процессов происходящих без изменения химического состояния атомов и молекул: диффузия атомов по поверхности, кластерообразование, физическая адсорбция, фазовые реконструкционные переходы на поверхности и др.

Выяснить какие элементарные химические процессы на поверхности приводят к образованию стабильного зародыша новой фазы в МЛЭ, способного к дальнейшему росту такова одна из главных целей данной работы.

Для достижения поставленной цели необходимо было развить новые подходы и решить следующие задачи.

Как мы говорили ранее, исследование топохимических. процессов наиболее плодотворным становится при анализе начального газовыделения. Химизм процесса, как бы максимально проявляется в начальном отклике системы на внешнее возмущение (тепло, свет и т. д.). Следовательно, этот принцип можно применить и в анализе начального отклика ростовой поверхности на воздействие потоков.

В реакциях ТР и ФХР начальный отклик системы анализировался нами методом масс-спектрометрии. При МЛЭ росте наиболее плодотворным в получении кинетической и структурной информации является метод ДЭВЭО.

Значительные достижения технологии МЛЭ были бы невозможны без ДЭВЭО, поскольку этот метод позволяет проводить точную калибровку встраивающихся потоков компонентов по измерению периода осцилляций интенсивности зеркального рефлекса и фиксировать необходимую реконструкцию поверхности при ее подготовке к росту. Тем не менее, уникальные возможности ДЭВЭО не ограничиваются этими двумя обстоятельствами, так как быстрый электрон, рассеиваясь поверхностью, несет полную информацию о ее состоянии. Однако, извлечь эту информацию из данных ДЭВЭО чрезвычайно сложная задача. Теория дифракции электронов на отражение, в настоящее время, находится в стадии становления. Относительно простая интерпретация результатов экспериментальных наблюдений во многих случаях оказывается невозможной. Главная причина трудности состоит в том, что электроны, как заряженные частицы, взаимодействуют с ядрами атомов и электронами твердого тела гораздо сильнее, чем рентгеновское излучение или нейтроны. Средняя длина свободного пробега быстрого электрона с энергией порядка 100 кэВ между последовательными актами неупругих взаимодействий с возбуждением фононной и/или электронной подсистем твёрдого тела приближённо равняется 1000 А, что на несколько порядков меньше длинысвободного пробега тепловых нейтронов или длины поглощения квантов рентгеновского излучения в конденсированной среде. В результате интерпретация экспериментальных данных по сечениям рассеяния быстрых электронов в рамках приближения однократного рассеяния в большинстве случаев оказывается неадекватной, и это существенным образом затрудняет решение обратной задачи рассеяния — определения статической структуры и динамических характеристик твердого тела по угловым и энергетическим распределениям частиц.

Механизм рассеяния электрона в ДЭВЭО кардинально определяется дифракционными условиями наблюдения в отличие от дифракции на просвет. К примеру, при одних углах падения электрона на поверхность,^{исходная} интенсивность ЗР будет уменьшаться при инициировании роста, в то же время, при других углах падения интенсивность ЗР при тех же условиях роста, напротив, будет увеличиваться. Следовательно интерпретация поведения интенсивности дифракционных рефлексов в ДЭВЭО нетривиальная проблема. В данной работе уделено исключительное внимание дифракции на отражение.

Проведено всестороннее обсуждение как литературных данных по теории и практике ДЭВЭО в литературном обзоре, так и собственных экспериментальных данных и результатов рассчетов в главе 3.

Таким образом, для получения объективной информации о состоянии растущего слоя в МЛЭ нам неизбежно пришлось детально разобраться в физике рассеяния быстрого электрона в дифракции на отражение.

Эпитаксиальный рост начинается с адсорбции атомов и молекул на поверхность. Эта важная стадия эпитаксии требует самостоятельного рассмотрения, которая обсуждается в главе 4. В ней продемонстрированы уникальные возможности метода ДЭВЭО в анализе адсорбционных мест Оа на сверхструктуре (2×4)($ 2. Этот метод использован также в детальном анализе адсорбции 1п на (111)А 1пАз.

В главе 5 рассмотрен реконструкционный переход (4×2)->(2×4).

Эпитаксиальный рост можно осуществлять в двух режимах: в избытке Аб на поверхности (2×4) и избытке Оа на поверхности (4×2). Если подавать потоки мышьяка и галлия поочередно, то реконструкция поверхности будет переключаться (2×4) -> (4×2)^ (2×4) и т. д. Поэтому фазовый реконструкционный переход есть следствие роста на поверхности последовательности слоев Аб и Оа. Между тем его принято рассматривать в традиционных рамках модели Изинга для решеточного газа адсорбированного мышьяка. В главе показана несостоятельность такого подхода и разрабатывается новый подход. Движущей силой фазового перехода является энергия стабилизации фазы (2×4) при образовании в ней димеров мышьяка. Идея стабилизации фазы (2×4) димерами мышьяка используется нами при анализе процессов зародышеобразования в главе 7.

Глава 6 посвящена непосредственному кинетическому анализу эпитаксии на Оа-стабилизированной поверхности (001) (4×2). Разработана кинетическая модель роста проведена оценка констатнт элементарных реакций определен неадиабатический характер диссоциации As2. Проанализирована бимолекулярность диссоциации AS4. Предложена безбарьерная модель парного взаимодействия двух AS4.

Экспериментальные результаты представленные в главах 3−6 используются в главе 7 для анализа зародышеобразования в эпитаксии из пучков AS4 и Ga на (001) (2×4). Показано как использовать отклик ростовой системы в картинах ДЭВЭО на инициирование процесса роста в оценке скорости зародышеобразования. Разработаны модели зародышеобразования на As-стабилизированных поверхностях (2×4)(32, (2×4)а. Получены выражения для скорости зародышеобразования, проведена теоретическая оценка эффективной энергии активации скорости, получено хорошее соответствие экспериментально измеренной нами скорости зародышеобразования с теоретической оценкой.

Таким образом, в данной диссертации, идет ли речь о мономолекулярном распаде экситона в ФХР оксалата серебра или о бимолекулярном взаимодействии дырок в ТР гидрида алюминия, или о парном взаимодействии As4 в эпитаксии GaAs — все это элементарные процессы происходящие на поверхности кристаллов. В описании этих реакций мы исходили из максимально простого математического формализма кинетических уравнений среднего поля, везде поверхность предполагалась нами однородной, состоящей из двумерного периодического массива элементарных ячеек. Такое приближение обладает наглядностью и простотой и широко используется в описании процессов на поверхности. Мы считали его адекватным, если полученные значения предэкспоненциальных факторов элементарных констант находились в физически допустимых пределах. Внутреннее единство всех рассмотренных процессов заключается также в том, что в последовательности элементарных стадий при химическом превращении исходных веществ в продукты реакции всегда имеется стадия электроиого переноса. Именно эта стадия индуцирует последущие атомные перегруппировки, приводящие к конечным продуктам.

Основная цель работывыяснение закономерностей процесса зародышеобразования и роста в гомоэпитаксии на (001) ОаАз из пучков Оа и Абф Выяснение роли реконструкции поверхности в зародышеобразовании. Разработка и анализ кинетической схемы как определенной последовательности элементарных стадий, ответственных за зародышеобразование. Создание топохимических моделей образования стабильных зародышей.

Для достижения поставленной цели решались следующие конкретные задачи:

— разработка методов получения атомарногладких и чистых поверхностей полупроводников ОаАБ и 1пАз для последующего их использования как в научных целях так и в МЛЭ и других технологиях.

— Изучение адсорбции элементов третьей группы Оа и 1п на атомарно-гладких и чистых поверхностях (001)ОаАз, (001)1пА8, (111)А 1пАз, как наиболее важной стадии в МЛЭ.

— Исследование механизмов рассеяния быстрого электрона поверхностью полупроводника в дифракции на отражение. Детальная разработка осцилляционного метода в ДБЭО для объективной диагностики состояния растущего слоя в МЛЭ и исследования элементарных процессов роста и зародышеобразования.

— Разработка и использование метода кинетических уравнений среднего поля (КУСП) в топохимических реакциях на традиционных объектах ТР и ФХР ионных кристаллов.

— Применение метода кинетических уравнений среднего поля в исследовании механизма гомоэпитаксиального роста ОаАБ на поверхности.

001). Анализ основного кинетического выражения для скорости роста и его экспериментальная проверка.

— Экспериментальное исследование стадии зародышеобразования «in situ» на поверхности (001) GaAs из пучков Ga и AS4. Построение топохимичеких моделей образования стабильного зародыша в гомоэпитаксии. Анализ элементарных стадий, ответственных за образование минимального стабильного зародыша новой фазы GaAs.

— разработка моделей реконструкционных переходов от Ga (In)-стабилизированной сверхструктуры (4×2) к As-стабилизированной сверхструктуре (2×4) на (001) GaAs и InAs. Установление корреляций между фазовыми реконструкционными переходами и эпитаксиальным ростом монослоя мышьяка.

Научная новизна.

1. Разработан метод получения атомарно-гладких и чистых поверхностей полупроводников GaAs и InAs в условиях сверхвысокого вакуума, состоящий в химической пассивации поверхности и последующем сверхвысоковакуумном прогреве образцов.

2. Впервые предложена и детально разработана кинетическая модель роста GaAs на Ga-стабилизированной поверхности (001)-(4×2). Модель корректно описывает весь массив экспериментальных результатов, имеющихся к настоящему времени.

3. Впервые предложены модели зародышеобразования при гомоэпитаксии на As-стабилизированных поверхностях (2×4)(3 и (2×4)а. В рамках этих моделей получены выражения для скорости зародышеобразования на данных реконструкциях. Экспериментально измерены эффективные энергии активации скорости зародышеобразования. Получено хорошее соответствие полученных теоретических значений энергии активации с экспериментально измеренными.

4. Впервые получены значения констант элементарных процессов в гомоэпитаксии GaAs:

— диссоциации промежуточного комплекса As2Chem и встраивания атомов мышьяка в узлы кристаллической решетки (к4=109 ехр (-0.55 эВ/кТ) с" 1);

— десорбции As2chem с поверхности (к5=1013 ехр (-1.45 эВ/кТ) с" 1);

— парного взаимодействия двух As/ (к3 = 1011 с" 1).

5. Разработана новая модель реконструкционного фазового перехода (4×2)->(2×4) на поверхностях (OOl)GaAs и InAs под воздействием потока Aszj. Рассмотрены термодинамические и кинетические аспекты этого перехода. Фазовый реконструкционный переход является неравновесным ФП первого рода для (OOl)InAs и непрерывным ФП для (OOl)GaAs. Определены движущие силы перехода. Изотерма ФП определяется тремя параметрами Ei, Est, АЕ, где Е,.

— энергия отталкивания между димерами мышьяка. АЕ — энергетические затраты разрыва димерной галлиевой связи, Est — энергия стабилизации фазы (2×4) при образовании димерной связи мышьяка.

6. Впервые обнаружены и исследованы методом дифракции быстрых электронов на отражение адсорбционные фазы индия соразмерная (2×2)а и несоразмерная (0.77×0.77) на поверхности (111)A InAs. Показано методом ДЭВЭО какие адсорбционные места структуры (2×4) (32 занимает галлий при адсорбции.

7. Впервые обнаружено и исследовано резонансное рассеяние (РР) быстрых электронов в дифракции на отражение от граней (111)А, (110) и (001) InAs. Для РР экспериментально определены параметры блоховского спектра поперечного движения электрона для (111)А Е] =-18эВ, Е2 =-1.5эВ для (110) Ei =-16эВ и Е2 =0эВ. Компьютерные вычисления спектра состояний потециала рассеяния Uo (z) демонстрируют хорошее согласие с экспериментальными данными. Для грани.

111)А-(2×2) сделан вывод об участии в РР изолированного состояния самой верхней плоскости атомов индия структуры (2×2).

Научная и практическая значимость работы. Автором получены результаты, которые значительно развивают существующие представления о ростовых процессах в молекулярной эпитаксии. В рамках нового для МЛЭ топохимического подхода детально проанализирована роль таких элементарных стадий как адсорбция-десорбция Аз4, парная диссоциация двух тетрамеров мышьяка, реакция разрыва связи в комплексе Аб?116 111 и встраивания атомов мышьяка в решеточные узлы, десорбция А82сЬет. Показано, что константы этих процессов определяют зародышеобразование в эпитаксии на Аб-стабилизированных структурах и процессы роста и зародышеобразования на Оа-стабилизированных поверхностях.

Автором на примере гомоэпитаксии из пучков Оа и Аз4 на (001)ОаАз показана плодотворность кинетического метода исследования процессов роста. При теоретическом описании корректное применение простых кинетических уравнений среднего поля позволяет существенно продвинуться в выяснении механизма роста и вскрыть микроскопическую природу явления. Этот подход может быть использован при исследовании процессов эпитаксиального роста на других соединениях А3В5.

Предложен новый подход в рассмотрении реконструкционных переходов на поверхностях (001) ОаАБ и 1пАз под потоком Абф.

Получено авторское свидетельство на способ получения атомарно-гладких и чистых поверхностей полупроводников А3В5 для МЛЭ и других технологий. Разработанный способ нашел применение в изготовлении фотоэммитеров с отрицательным электронным сродством на ряде предприятий г. Новосибирска.

Результаты, полученные автором при исследовании TP и ФХР ионных кристаллов были включены в книгу акад. Болдырева В. В. «Реакционная способность твердых веществ «, Новосибирск, Изд-во СО РАН, 1997.

В данной работе продемонстрированы уникальные возможности метода ДБЭО для экспериментального исследования эпитаксии «in situ». В настоящее время метод ДБЭО используется главным образом для калибровки падающих потоков по осцилляциям интенсивности зеркального рефлекса. Однако, в данной работе показано, что для получения объективной кинетической информации о росте требуется анализировать наряду с зеркальным рефлексом также интенсивности дробных рефлексов, несущих информацию о структурных изменениях поверхности при инициировании роста. Это позволяет избежать ошибочных выводов при исследовании процессов эпитаксии на поверхности.

Работа выполнялась по плану НИР Института химии твердого тела и механохимии СО РАН 2.17.712 «Разработка научных основ управления химическими реакциями на основе изучения механизма процессов на границе раздела фаз» (государственный регистрационный номер 81 054 817) и в Институте Физики Полупроводников СО РАН в рамках плановых тем Института «Разработка научных основ эпитаксиальной технологии получения полупроводниковых многослойных структур» (государственный регистрационный номер 01.9.10 047 198), «Разработка научных основ элементной базы микрофотоэлектроники на полупроводниковых соединениях А3ВЭ, проект № 1.2.1» и по грантам РФФИ 94−02−5 314, 95−02−4 618, 96−03−33 916, 99−216 676, гранту МинНауки 5.7.99 программы Поверхностные атомные структуры.

На защиту выносятся:

1. Экспериментальные результаты исследований методом ДЭВЭО гомоэпитаксии из пучков Ga и AS4 на (001)GaAs-(4×2) и на (001)GaAs-(2×4).

2. Кинетическая модель роста в рамках уравнений среднего поля для гомоэпитаксии ваАз на Са-стабилизированной поверхности. Модели зародышеобразования новой фазы в гомоэпитаксии на АБ-стабилизированных поверхностях (2×4).

3. Теоретические и экспериментальные результаты по исследованию реконструкционного перехода (4×2)->(2×4) под действием потока Аз4 на поверхность (001)ОаАз и 1пАз. Модель перехода — как неравновесного фазового реконструкционного перехода, индуцированного адсорбцией мышьяка.

4. Обнаружение и исследование новых адсорбционных фаз 1п на (111)А 1пА8. Среди них несоразмерная фаза 1п (0.77×0.77) — как двумерный слой металлического индия без тетрагонального искажения — 1п (?с.с.).

5. Обнаружение и исследование резонансного рассеяния быстрых электронов в дифракции на отражение от поверхности (111)А 1пАб. и использование его как высокочувствительного метода в исследовании адсорбатов.

6. Кинетика и механизм поверхностных реакций термического и фотохимического разложения ионных кристалов А1Нз и А§ 2С204.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

Литературный обзор диссертации состоит из трех разделов. Первый раздел посвящен проблемам роста кристаллов А3В5 в МЛЭ. Обзор посвящен наиболее изученной гомоэпитаксиальной системе GaAs. Эта система является модельной в МЛЭ полупроводников А3В5. В разделе дается краткий обзор достигнутых результатов. Показывается ограниченность физического подхода и соответствующего ему кинетического метода Монте-Карло для МЛЭ. Обосновывается подход химической динамики к МЛЭ процессам.

Во втором разделе рассматривается теория и практика метода ДЭВЭО. ДЭВЭО — это основной метод исследования ростовых процессов in situ. Успехи МЛЭ во многом обусловлены развитием метода ДЭВЭО. Особо отмечается уникальность ДЭВЭО в исследовании начальных стадий роста.

Одной из задач работы является оценка констант элементарных процессов. Поэтому третий раздел посвящен современной теории скоростей элементарных процессов. Мы рассмотрели физически допустимые пределы предэкспонент в константах элементарных стадий для адиабатических и недиабатических процессов.

Основные результаты и выводы.

1. Разработан метод измерения кинетики термического и фотохимического разложения твердых веществ с чувствительностью Ю^-Ю11 молекул/см2 с.

2. Предложен механизм начального газовыделения при термическом разложении гидрида алюминия, заключающийся в электронном переносе между поверхностью и объемом кристалла и рекомбинации адсорбированных атомов водорода на поверхности. Получены значения ряда элементарных констант. Аномально малые значения предэкспонент интерпретируются в рамках неадиабатической теории электронного переноса.

3. Разработана новая кинетическая модель фотохимического распада оксалата серебра. Показан экситонный характер процесса, определены параметры экситона. Проведена оценка ряда элементарных констант.

4. Разработан метод получения атомарно гладких и чистых поверхностей: (001)ОаАз, (111)А ЬтАб, (001)1пАз состоящий в стравливании в инертной атмосфере поверхностных окислов в растворе НС1 — изопропиловый спирт с последующим прогревом поверхности в сверхвысоком вакууме. Метод защищен авторским свидетельством.

5. Проведены систематические исследования морфологического состояния атомарно гладких и чистых поверхностей (111)А и (001) ¡-пАб. Показано, что низкотемпературный прогрев поверхности (111)А 1пАб (до 300 С) приводит к средним ширинам террас ~300 А со ступенями моноатомной высоты. Высокотемпературный прогрев (выше 350 С) приводит к совершенной поверхности с шириной террас -1000 А.

6. Впервые обнаружено резонансное рассеяния быстрого электрона в дифракции на отражение от граней 1пАб. Экспериментально измерены параметры блоховского спектра поперечного движения электрона для грани ГпАб (111)А с реконструкцией (2×2) и грани (110) с реконструкцией (1×1), которые хорошо согласуются с расчетными.

7. Обнаружены новые адсорбциионные фазы индия на поверхности.

111)A InAs — соразмерная (2×2) и несоразмерная (0.77×0.77). Несоразмерная фаза индия представляет собой монослой металлического индия безтетрагональных искажений (In f.c.c.).

8. Проведены систематические экспериментальные исследования гомоэпитаксии GaAs на Ga-стабилизированной поверхности (4×2) в потоке AS4. Предложен новый способ измерения малых скоростей роста (~10~2 монослоя в секунду) с использованием характеристических особенностей в измерении интенсивности зеркального рефлекса в ДЭВЭО при росте.

9. Создана кинетическая модель гомоэпитаксии на Ga-статабилизированной поверхности (001) арсенида галлия. Модель хорошо описывает весь массив экспериментальных результатов для скорости роста. Определены две характерные области роста. В первой скорость роста лимитируется скоростью зародышеобразования, во второй — лимитирующим фактором является одномерный рост островков.

10. Определены значения констант следующих элементарных реакций: парного взаимодействия двух тетрамеров мышьяка (~ 10nc1), диссоциации промежуточного комплекса As2chem (~109exp (-0.55/kT)c" 1), десорбции этого комплекса (1013ехр (-1.5/кТ)).

11. Проведена оценка трансмиссионного коэффициента в реакции диссоциации промежуточного комплекса As2°hem в рамках теории Ландау-Зинера (Ю-4).

12. Предложена новая модель фазового реконструкционного перехода (4×2)->(2×4) на поверхностях (001) арсенида галлия и индия. Показано что этот переход является неравновесным фазовым переходом, индуцированным адсорбцией мышьяка. Получена трехпараметрическая изотерма перехода, определен физический смысл параметров изотермы. Показано, что фазовый переход является непрерывным для аресенида галлия и резким для арсенида индия.

13. Разработана модель зародышеобразования в гомоэпитаксии на Asстабилизированной поверхности (2×4)?2. Экспериментально показано, что процесс эпитаксии инициируется заполнением атомами галлия канавки исходной структуры. Последующая диссоциация промежуточного комплекса As2chem носит необратимый характер. Стабильный зародыш новой фазы состоит из двух атомов галлия и двух атомов мышьяка. Получено выражение для скорости зародышеобразования и проведена теоретическая оценка для эффективной энергии активации. Экспериментально измеренное значение близко к теоретической оценке.

14. Получено выражение для скорости зародышеобразования в гомоэпитаксии GaAs на поверхности (2×4)а в рамках модели минимального стабильного зародыша, состоящего из из шести атомов галлия и двух димеров мышьяка. Проведена оценка эффективной энергии активации процесса. Экспериментально измеренная энергии активации скорости появления таких ядер хорошо совпадает с проведенной теоретической оценкой этой величины.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам ИХТТМ СО РАН Ляхову Н. З., Михайлову Ю. И., Павлюхину Ю. Т., Пошевневу В. И., Уварову Н. Ф., Сидельникову А. А, которые проявили интерес к этой работе, высказывали предложения и замечания по сути проводимых исследований и полученным результатам. Эти обсуждения, по мнению автора, помогли ему сформировать представления о месте проводимых им исследований в общей проблематике задач топохимии.

Автор выражает персональную благодарность Болдыреву В. В., который находился у истоков постановки и проведения первых экспериментов и проявлял постоянный интерес на всех этапах данной работы.

Автор выражает также глубокую благодарность сотрудникам ИФП СО РАН Курышеву ГЛ., Ковчавцеву А. П. Кеслеру В. Г, Мансурову В. Г., Мощенко СЛ., Петренко И. П., Суранову A.C., Терехову A.C., Торопову А. И. за плодотворное сотрудничество в процессе выполнения данной работы на отдельных ее этапах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Напомним еще раз внутреннюю структуру данной работы. В первой главе показано как использовать начальный отклик реакционной системы на внешнее воздействие при анализе элементарных процессов. Вторая глава посвящена методам получения атомарно чистой и гладкой поверхности ОаАБ. Третьямеханизмам рассеяния быстрого электрона в дифракции на отражение. Адсорбция Оа описана в четвертой главе. Пятая глава посвящена реконструкционным переходам (4×2)—>(2×4) на поверхности (001) в потоке Аб^ Эпитаксиальный рост ОаАз в условиях избытка атомов Оа рассмотрен в шестой главе. Наконец, в седьмой главе рассмотрено зародышеобразование в гомоэпитаксии ОэАб на Ая-стабилизированных поверхностях, которая синтезирует представления развитые в предыдущих главах. Подход, заключающийся в использовании начального отклика ростовой системы на воздействие потоков при исследовании зародышеобразования, оказался наиболее плодотворным.

Исследования реакционной системы (ОаАБ, Оа, Аб^ начались с 1975 года с известной работы С. Т. Рохоп, В. АЛоусе [лит. 38] в которой была высказана идея, что диссоциация Аб4 происходит при взаимодействии двух адсорбированных молекул Аб4. Систематические работы по этой системе стали выполняться после открытия при росте на (001) ОаАБ осцилляций ЗР в ДЭВЭО в начале 80-х. Однако, направление данных исследований страдало явным дефицитом химического подхода. По существу, данная работа восполняет, как нам кажется, дефицит химического взгляда на рост ОаАБ из молекулярных пучков.