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1、物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)1370ActaPhys.-Chim.Sin.2014,30(7),1370-1376July[Article]doi:10.3866/PKU.WHXB201405061www.whxb.pku.edu.cnSi衬底上生长的铁硅化合物结构和取向分析1,21,2,*11李旭邹志强刘晓勇李威(1上海交通大学分析测试中心,上海200240;2上海交通大学微纳科学技术研究院,上海200240)摘要:采用分子束外延法分别在650-920°C的Si(110)和920°C的Si(111)衬底表面生长出铁的硅化物纳米结构,
2、并主要分析了920°C高温下纳米结构的形貌、组成相及其与Si衬底的取向关系.扫描隧道显微镜(STM)研究表明,920°C高温下,Si(110)衬底上生长的铁硅化合物完全以纳米线的形式存在,且其尺寸远大于650°C低温下外延生长的纳米线尺寸;Si(111)衬底上生长出三维岛和薄膜两种形貌的铁硅化合物,其中三维岛具有金属特性且直径约300nm、高约155nm,薄膜厚度约2nm.电子背散射衍射研究表明920°C高温下Si(110)衬底上生长的纳米线仅以β-FeSi2的形式存在,且β-FeSi2相与衬底之间存在唯一的取向关系:β-FeSi2(101)//Si(1
3、11);β-FeSi2[010]//Si[110];Si(111)衬底上生长的三维岛由六方晶系的Fe2Si相组成,Fe2Si属于164空间群,晶胞常数为a=0.405nm,c=0.509nm;与衬底之间的取向关系为Fe2Si(001)∥Si(111)和Fe2Si[120]//Si[112].关键词:扫描隧道显微镜;电子背散射衍射;铁的硅化物;纳米线;三维岛;结构;取向关系中图分类号:O647;TN16StructureandOrientationAnalysisofIronSilicideEpitaxiallyGrownonSiSubstrates1,2
4、1,2,*11LIXuZOUZhi-QiangLIUXiao-YongLIWei(1InstrumentalAnalysisCenter,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,P.R.China;2ResearchInstituteofMicro/NanoScienceandTechnology,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,P.R.China)Abstract:IronsilicidesweregrownonSi(110)andSi(111)substr
5、atesbythemolecularbeamepitaxymethodat650-920°Cand920°C,respectively.Scanningtunnelingmicroscopyobservationshowedthatonlynanowires(NWs)formedonSi(110),andthedimensionsoftheNWsincreasedwithincreasinggrowthtemperature.ThesizesoftheNWsgrownat920°Creached~80nmhigh,~250nmwide,andsevera
6、lμmlong,andweremuchlargerthanNWsgrownat650°C,indicatingthathightemperaturewasfavorableforNWgrowth.ElectronbackscatterdiffractioncharacterizationidentifiedthatthecrystalstructureoftheNWsgrownat920°Cwasβ-FeSi2withasingleorientationofβ-FeSi2(101)//Si(111)),β-FeSi2[010]//Si[110].Iron
7、silicidesgrownonSi(111)at920°Cformedthree-dimensional(3D)islandsandultra-thinfilms.The3DislandswereidentifiedastheFe2Siphasewithhexagonalcrystalstructureandspacegroup164,andthecellconstantsatroomtemperaturewerea=0.405nmandc=0.509nm.TheorientationrelationshipbetweentheFe2Siphasean
8、dtheSi(111)substratewasFe2Si(001)//Si(11
