REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Tanke plasti SrTiO3 (STO) se uporabljajo kot puferske plasti, ki omogočajo epitaksialno integracijo različnih funkcionalnih oksidov s silicijem. Kadar se za rast STO na Si uporablja pulzno lasersko nanašanje (PLD), se na spoju STO-Si tvori tanka amorfna plast, ki omejuje uporabo tovrstnih heterostruktur v določenih aplikacijah. V doktorskem delu so obravnavane strukturne in kemijske lastnosti površin, medpovršin in plasti, ki nastajajo med večstopenjskim postopkom, ki se uporablja za rast ultratankih plasti STO na površinah Si(001) s pomočjo tehnike PLD, da bi dobili vpogled v mehanizme, ki vodijo do epitaksialne integracije z atomsko ostro mejo. Pri tem postopku deoksidaciji Si substratov sledi nanos elementarnega Sr, ki se uporablja za pasivacijo Si površine, in rast STO plasti, kjer se koraki nanašanja, oksidacije in kristalizacije izvajajo ciklično do debeline plasti ~10 enoatomskih plasti (ML).
V prvem delu je bila preverjena kakovost deoksidiranih površin Si(001)(2×1), izpostavljenim tlaku rezidualne atmosfere ~1×10-8 mbar za čas 5 min (čemur se je v sistemih za PLD težko izogniti). Izkazalo se je, da pri tako nizki izpostavljenosti ne prihaja do amorfizacije Si površine, ki jo je mogoče ohraniti dokaj čisto do njene pasivacije s Sr.
V drugem delu je bilo s pomočjo PLD tehnike na Si(001) površino nanešeno ½ ML Sr, čemur je sledila strukturna in kemijska analiza površine, izvedena pod pogoji ultravisokega vakuuma. Slike vrstične tunelske mikroskopije (STM) so pokazale atomsko urejeno površino s terasami, sestavljenimi iz valovitih enodimenzionalnih verig, ki potekajo pravokotno na sosednjih terasah in tvorijo površinsko rekonstrukcijo (2×1)+(1×2) z osnovno celico dimenzij 0,78 nm × 0,39 nm ter različnimi vrstami površinskih defektov. Interpretacija eksperimentalnih slik STM je podprta s simuliranimi slikami, ki temeljijo na izračunih teorije gostotnih funkcionalov.
V zadnjem delu je bila PLD tehnika uporabljena za pripravo epitaksialnih ultratankih (3–4 nm) STO plasti na površinah Sr-Si. Optimizacija parametrov nanašanja, oksidacije in kristalizacije je privedla do očitnega izboljšanja kristalne kakovosti STO plasti in zmanjšanja debeline amorfne vmesne plasti. Ugotovljeno je bilo, da zmanjšanje toplotne obremenitve vzorcev med kristalizacijo poveča ostrino spoja tanke plasti s substratom, a lahko hkrati negativno vpliva na zgoščevanje STO plasti. STO plasti, pripravljene po optimiziranem postopku, so enofazne in izkazujejo STO(001)||Si(001) izven ravninske in STO[110]||Si[100] znotraj ravninske orientacije. Večji del STO plasti ima kubično celico, ki je za 2–5 % večja v primerjavi z volumskim STO, kar je povezano z rahlo nestehiometrijo plasti. Velik del STO plasti je relaksiran zaradi prisotnosti amorfne silikatne plasti na spoju STO-Si, ki se začne tvoriti med nanašanjem prvih 2 ML STO in se širi z vsakim ciklom nanosa, oksidacije in kristalizacije STO in doseže debelino 1,2–1,9 nm po nanosu ~ 10 ML STO.
Kljub temu, da se amorfizaciji spoja STO-Si ni mogoče popolnoma izogniti, se lahko ultratanke plasti STO na Si, pripravljene s tehniko PLD, uporabljajo kot odlična osnova za rast debelejših STO plasti ter epitaksialno integracijo različnih funkcionalnih oksidov s Si tehnologijo.