Теоретическое изучение взаимодействия переходных металлов с поверхностью кремния (001)

Abstract

С помощью ab-initio расчетов проведено моделирование взаимодействия атомов кобальта и желе- за с поверхностью кремния (001). При этом найдены наиболее выгодные позиции атомов кобальта и железа на поверхности кремния и показано, что наиболее энергетически выгодны подповерх- ностные положения (UD), когда атомы находятся в позиции под центром димера из атомов кремния. Также проведены расчеты возможных путей миграции атомов данных металлов по поверхности кремния и в подповерхностные положения. С помощью анализа энергии связи по- казано, что с увеличением количества атомов металла (начиная от изолированного атома до полностью заполненного двойного слоя) на поверхности кремния энергия адсорбции атома ме- талла уменьшается на 0,85 эВ (для кобальта) и на 0,90 эВ для железа по сравнению с энергией адсорбции одиночных атомов. Расчет структур с полным двойным заполнением (заполнены как внутренние, так и поверхностные положения) показал, что наиболее энергетически выгодной яв- ляется система с заполненным верхним слоем с симметричным положением атомов металла между двумя димерами одного димерного ряда с атомами металла во внутреннем UD-слое.

Interaction of cobalt and iron atoms with (001) surface of silicon is modeled using ab-initio calculations. The most favorite positions of cobalt and iron atoms on silicon surface are determined. It is shown that the most favorite positions are the subsurface (UD) atom positions where metal atoms sit under silicon dimer centers. The migration paths of the metal atoms on the silicon surface and into the subsurface positions are calculated. Using binding energy analysis it is shown that metal binding energy is decreased at 0.85 eV for cobalt and at 0.90 eV for iron cases while the metal concentration is increased from separate metal atoms to fully filled metal double layer at the silicon surface. Calculations of structures with fully filled single metal layer at the surface and structures where the both surface and subsurface metal positions are filled are show that the most favorable are the structures with single filled layer where the metal atoms sit in symmetrical position between two dimers of one row and the system with metal atoms inside the UD layer.