Научный руководитель: Курганский Сергей Иванович, Доктор физ.-мат. наук

Силициды переходных металлов активно используются при создании изделий микро- и наноэлектроники, т.к. это, как правило высокотемпературные соединения, обладающие хорошей проводимостью и достаточно малым удельным сопротивлением. Вследствие этого они зачастую используются как контактные материалы или барьеры Шоттки. Кроме того, они нашли применение в гетероструктурах, поскольку довольно легко выращиваются на кремнии эпитаксиальными методами. Свойства дисилицида железа полностью соответствуют данному описанию. Однако дисилицид железа выделяется из ряда силицидов переходных металлов благодаря одной отличительной особенности. Дело в том, что он может существовать в виде двух фаз: -FeSi₂ и -FeSi₂. В объемном варианте реализации структуры высокотемпературным дисилицидом является -лебоит, а в пленочном - -лебоит. Кроме того, если в первом случае фазовый переход обратим, то в случае пленочных соединений переход является необратимым. Другими словами система {-FeSi₂ - -FeSi₂} представляет собой достойный и интересный объект изучения как экспериментальными, так и теоретическими методами. Однако достаточно тщательные исследования электронного строения были проведены только для -лебоита. -FeSi₂ изучался поразительно мало даже экспериментально: фотоэмиссионными методами исследовалась структура пленочного [1] и объемного образца [2-4], а также был получен рентгеновский эмиссионный L_2,3 спектр железа объемного материала [2]. Теоретическое изучение электронного строения этой фазы ограничилось расчетом [5] плотностей состояний объемного образца.

Таким образом, мы сочли необходимым провести расчет электронной структуры и объемного, и пленочного -FeSi₂. Для расчета мы использовали линеаризованный метод присоединенных плоских волн [6,7]. В результате мы получили полные и локальные парциальные плотности электронных состояний (ПЭС) для всех неэквивалентных атомов, рентгеновские эмиссионные спектры различных серий и фотоэлектронные спектры при различных энергиях возбуждения для пленки и объемной фазы -FeSi₂.

Проведенный расчет строения валентной зоны -FeSi₂ позволил сделать следующие выводы:

1. Валентная зона пленки и объемного дисилицида железа образована в основном d-состояниями железа и s-, p-состояниями кремния. s-, p-состояния железа и d-состояния кремния распределены по всей валентной зоне и их вклад в полную плотность состояний относительно невелик.
2. Форма и энергетическое положение главных особенностей локальных ПЭС атомов объемного материала и внутренних атомов пленки практически совпадают.
3. Ширина валентной зоны объемного материала на 0.79 eV меньше ширины валентной зоны пленки.
4. На атомах железа в дисилициде -FeSi₂ магнитного момента отсутствует. Низкая плотность состояний на уровне Ферми говорит о стабильности этого соединения и в объемном, и в пленочном варианте реализации структуры.
5. При малых энергиях возбуждения (до 50 eV) структура фотоэлектронных спектров и объемного, и пленочного дисилицида железа обусловлена d-состояниями железа и s- и p-состояниями кремния. С увеличением энергии падающего фотона вид спектров обусловлен практически только d-состояниями железа.
6. Анализ формы L_2,3-спектров атомов кремния объемного и пленочного образца -FeSi₂ показал, что структура этих спектров для атомов объемной фазы и атомов из внутреннего слоя пленки практически одинаковая.
7. Форма L_2,3-спектров атомов кремния обусловлена преимущественно s-состояниями кремния. Вклад d-состояний кремния в L_2,3-спектр в виде явного пика, что характерно для других дисилицидов группы железа (NiSi₂ и CoSi₂), не обнаруживается.
8. При переходе от объемного образца к пленочному обнаруженная в дисилицидах NiSi₂ и CoSi₂ [8] трансформации пика в прифермиевской области L_2,3-спектров атомов кремния имеет место и в случае дисилицида железа. Однако увеличение интенсивности максимума вблизи уровня Ферми в этом случае гораздо меньше, чем в NiSi₂ и CoSi₂. Механизм этого явления для дисилицидов никеля и кобальта подробно описан нами в [9,10].

1. Sirotti F., De Santis M., Jin X. and Rossi G., Phys. Rev., B49, 11134-11143 (1994).
2. Egert B. and Pazner G., Phys. Rev., B29, 2091-2101 (1984).
3. Weaver J.H., Franciosi A. and Moruzzi V.L., Phys. Rev., B29, 3293-3302 (1984).
4. Sirotti F., De Santis M. and Rossi G., Phys. Rev., B48, 8299-8306 (1993).
5. Eisebitt S., Rubensson J.-E., Nicodemus M., Boske T., Blugel S., Eberhardt W., Radermacher K., Mantl S. and Bihlmayer G., Phys. Rev., B50, 18330-18340 (1994).
6. Koelling D.D. and Arbman G.O., J. Phys. F: Metal Phys., 5, 2041-2054 (1975).
7. Krakauer H., Posternak M. and Freeman A.J., Phys. Rev., B19, 1706-1719 (1979).
8. Домошевская Э.П., Юраков Ю.А., Андреещев В.М. и Каральник С.М., Металлофизика, 2, 24-29 (1980).
9. Переславцева Н.С. и Курганский С.И., ФТТ, 41, 2075-2080 (1999).
10. Курганский С.И. и Переславцева Н.С., ФТТ, 42, 1499-1504 (2000).