Температурные зависимости проводимости и туннельной плотности состояний поверхностной реконструкции Si(111)-7x7 в слаболегированных образцах кремния

Abstract

The tunneling surface density of states and surface conductivity of the Si(111)-7x7 structure (n-type with ρ = 1 Ωcm) have been studied using scanning tunneling microscopy and spectroscopy. Our results indicate the existence of the energy gap in surface states at Fermi level, 2Δ = 40±10 meV at T = 5K, which smoothly blurs with the increase of the temperature The energy gap disappears at T> 40K, due to the thermal fluctuation. The temperature-dependent surface conductivity measurements of the Si(111)-7x7 structure in the temperature region 35-100K were performed. The dependence of the surface conductivity follows the activation law with the activation energy 25 meV corresponding the data obtained from tunneling spectroscopy measurements. Our results indicate absence of the phase transition around T ~ 20 K suggested earlier.

• Si(111)-7x7 structure
• scanning tunneling microscopy
• scanning tunneling spectroscopy
• surface conductivity

Аннотация (на русском)

Температурные зависимости проводимости и туннельной плотности состояний поверхностной реконструкции Si(111)-7x7 в слаболегированных образцах кремния

Методом сканирующей туннельной спектроскопии изучена туннельная плотность поверхностных состояний и проводимость поверхностной реконструкции Si(111)-7x7 образцов кремния с величиной удельного сопротивления ρ = 1 Ωсм. Показано, что для поверхности Si(111)-7x7 в плотности поверхностных состояний вблизи уровня Ферми наблюдается энергетическая щель, которая при температуре 5 К имеет величину 2Δ = 40 ± 10 мэВ, плавно размывается с ростом температуры и исчезает при Т ≥ 40 К вследствие тепловых флуктуаций. Проведены измерения температурной зависимости проводимости поверхности Si(111)-7x7 в диапазоне температур от 35-100 К. Получено, что зависимость поверхностной проводимости от температуры имеет активационный характер с энергией активации 25 мэВ, согласующейся с наблюдаемой величиной щели в плотности поверхностных состояний и не имеющей особенностей вблизи 40 К. Полученные результаты свидетельствуют об отсутствии фазового перехода при температуре ~ 20 K, предполагавшегося ранее.

For citation

References

1. К. Оура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин, А.В. Зотов, М. Катаяма // Введение в физику поверхности,2006, изд. М.: Наука
2. R. Losio, K. N. Altmann, and F. J. Himpsel // Phys. Rev. B 61, 10845 (2000).
3. A. B. Odobescu and S. V. Zaitsev-Zotov J. Phys.: Condens. Matter 24, 395003 (2012)
4. А. Б. Одобеско, Б. А. Логинов, В. Б. Логинов, В. Ф. Насретдинова, С. В. Зайцев-Зотов Приборы и техника эксперимента 3, 152-158 (2010)
5. S. Modesti, H. Gutzmann, J. Wiebe, and R. Wiesendanger, Phys. Rev. B 80, 125326 (2009).
6. T. Tanikawa, K. Yoo, I. Matsuda, S. Hasegawa, and Y. Hasegawa, Phys. Rev. B 68, 113303 (2003).
7. J. Myslivecek, A. Strozecka, J. Steffl, P. Sobotk, I. Ost’adal, and B. Voigtlnder, Phys. Rev. B 73, 161302 (2006).
8. J. Ortega, F. Flores, and A.L. Yeyati, Phys. Rev. B 58, 4584 (1998).
9. Гантмахер В. Х. // Электроны в неупорядоченных средах 2005, изд. М.: ФИЗМАТЛИТ
10. I. Barke, F. Zheng, A. R. Konicek, R. C. Hatch, and F. J. Himpsel Phys. Rev. Lett. 96, 216801 (2006)
11. G. Santoro, S. Scandolo, E. Tosatti Phys. Rev. B 59, 1891 (1999)
12. A. Muramatsu and W. Hanke Phys. Rev. B 27 2609 (1983)
13. R. Schillinger, C. Bromberger, H. J. Jänsch, H. Kleine, O. Kühlert, C. Weindel, D. Fick, Phys. Rev. B 72, 115314 (2005).