软X射线发射光谱法研究过渡金属硅化物的价电子能带结构.pdf

第21卷第8期
半导体学报
Vol 21. No8
2000年8月
CHINESE JOURNAL OF SEMICONDUCTORS
Aug.,2000
软Ⅹ射线发射光谱法研究过渡金属硅化物
的价电子能带结构
王金良王天民
(北京航空航天大学理学院材料物理与化学研究中心,北京100083)
摘要:用软X射线发射光谱法对MnSi、MnSi,这两种组成的过渡金属锰硅化物的价电子能带
构造进行了研究.首先在硅表面上形成了MnSi、 Mosin.单一相薄膜,并用X射线衍射谱得到证
实.然后测量了这两种锰硅化物的软X射线发射光谱SiK8发射光谱和Si?23发射光谱.SiKB
发射光谱反映的是硅化物的价电子能帯的Sip部分电子态密度,而Si23发射光谱反映的是硅
化物的价电子能带的Si-,d部分电子态密度.MnSi、MnSi.n的SiL2.3发射光谱具有不同的形
状.这些不同形状的原因,对比着这两种硅化物的晶体结构和价电子的能带结构进行了分析与
讨论.
关键词:软X射线发射光谱法;锰硅化物;价电子态密度;SiL23和Si玉s价带发射谱
PACC: 6140
中图分类号:0471.5文献标识码:A文章编号:0253-4177020008-0754-06
Valence Band Density of States of Transition Metal Silicides
Studied by Soft X-ray Emission Spectroscopy
WANG Jinhiang and WANG Tian-min
Research Center for aerials Physiscs and Chemistry, College d Science
Beijing University d Aeronatics andd A stronautics, Bejing 100083, Chin)
Received 3 June 1999, revised manuseript received 5 August 1999
Abstract: Electronic states of the transit ion metal manganese silicides, w ith the com position being M nsi
or Mnsin. 7, are invest igated by soft Xray emission spectroscopy. T he formation of Mnsi and Mnsil 7 with
single phase is identified by X-ray diffraction. Si-kmand Si-23 emission band spectra are measured, where
the Siks reflects the valenceband density of states w it h p-sy mmetry and the latter reflects the one with s
WANG Jin-iang( N), male, was born in 1964. postdoctoral of Research Center for Materials Physics and
Chemistry College of Science, Beijing University of A eronautics and Astronautics. The research
areaissemiconductormaterials,E-mail:wangjinl@public,inet,en.net
1999-0603收到,199908-05定稿
8期
王金良等:软X射线发射光谱法研究过渡金属硅化物的价电子能带结构
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and /or d-symmetry. The spectrum of Si-l.3 for Mnsin. is different from that for Mnsi. The origin of this
difference has been diseussed in comparison with those silicides
Key words: soft X-ray emission spectroscopy; Mn-silicides: valence band density of states: Si-l2s and Si
KB emission band spectra
PACC: 6140
Article ID:0253-4177(2000)08-0754-06
过渡金属与硅的接触系统一向被人们所重视,主要是因为它具有在界面处形成肖特基势垒、过渡金属
硅化物的外延生长、制作器件的可靠性和耐火性等特性.在硅基底上沉积金属薄膜,通过固相反应法,形成
金属硅化物,在半导体工业上具有很广泛的应用.虽然人们对过渡金属硅化物有过很多研究,但是仍有许
多问题在过渡金属硅化物本身或过渡金属与硅的接触特性等方面没有得到解决.例如肖特基接触势垒的
高度等.大多数过渡金属硅化物都是金属性化合物,比如Ni硅化物、Cr硅化物等,它们都能很好地、完
整地依靠外延生长在硅基底上.而使人们最感兴趣的是在硅基底上依靠外延生长出的半导体特性硅化物
这是因为它们能够在将来的硅微电子和光电子器件中起到重要的作用.具体的应用包括光纤通讯、红外探
测器等方面.在这些半导体特性硅化物中,有些能够稳定的依靠外延生长在硅基底上,例如C.rSi、Mn
Si.、 Fesi等.我们所关注的是在单晶硅基底上生长出锰硅化物薄膜和锰硅化物的电子态.过去从理论
和实验上对锰硅化物的价电子态密度的研究基本上都是用光电子能谱法?.光电子能谱法只能给出硅化
物的费米能级下的总的价电子态密度.而软X射线发射
光谱法,例如SiL3和SiK发射谱线,能够给出元素Si
Mnsi
(1126)
和符合一定对称性选择规律的价电子态密度的更加详
(1015)
Mnsi
Ssi(400)
细的信息.因此,软X射线发射光谱法是一种研究硅化
(1130)
物的价电子态密度的非常适用的方法. Rubloff等人用光
MnS.(210)
电子能谱法研究了过渡金属硅化物的价电子能带结构
并建立了过渡金属硅化物的价电子能带结构模型?.但
是,最近的理论计算结果“与软X射线发射光谱家
法"的研究表明,此模型并不完全正确,需要进一步
的改进
a-Mn(330)
本文我们主要阐述的是锰硅化物的生长和通过软X
射线发射光谱法对锰硅化物的价电子态密度的研究.而
Si(200)
且,把检测到的锰硅化物的软X射线发射光谱与锰硅化
物的价电子态密度的理论计算结果进行了比较.提出了
50
新的过渡金属硅化物的价电子结构模型
20/(°)
2实验方法
图1硅基底上蒸发锰的试样
(a)600℃、Ih热处理;(b)400C、30min热处理
在硅基底上制备锰硅化物,首先,我们把5すp型、
(没有经过热处理的X射线衍射谱.
品面取向为(100)的单面抛光的单晶硅片切割成5mX(为了比较方使列出的硅单晶的X射线行射谱.
15mm的矩形,然后,在有机溶液中超声波清洗15min之
FIG. I Testing Sample Eva