Научный руководитель: Давыдов Сергей Юрьевич, д.ф.-м.н.

Адсорбция атомов щелочных металлов на полупроводниковых кристаллах вызывает в последние годы повышенный интерес, так как позволяет понять механизмы ранней стадии формирования барьера Шоттки [1,2]. При этом наибольший интерес с точки зрения теории представляет расчет изменения работы выхода системы при увеличении степени покрытия поверхности адсорбированными атомами (-концентрация адатомов, - концентрация адатомов в монослое).

Основой расчета является модель, развитая авторами для адсорбции щелочных металлов на поверхности (001) кремния. Модель строилась на основании анализа экспериментальных данных, который показал, что как бы ни была сложна структура металлической пленки, адсорбированной на полупроводниковой подложке, и какие бы фазовые переходы в ней ни происходили, зависимость является, как правило, гладкой функцией. Поэтому в качестве первого приближения логично использовать идеи подхода, развитого ранее для системы металлическая пленка - металлическая подложка, модифицировав его таким образом, чтобы учесть уширение поверхностной зоны, сформированной адсорбированными атомами.

В рамках предложенной модели детали структуры адслоя игнорируются и учитывается лишь изменение поверхностной концентрации адатомов Q . Модель включает диполь-дипольное отталкивание адатомов и (параметрическим образом) обменное взаимодействие адатомов как через состояния подложки (косвенный обмен), так и вследствие непосредственного перекрытия орбиталей адатомов (прямой обмен). Полученное таким образом самосогласованное уравнение позволяет рассчитать заряд адатомов Cs, адсорбированных на GaAs.

(1)

Здесь W - энергия квазиуровня адатома относительно уровня Ферми подложки, x - константа диполь - дипольного отталкивания адатомов, 2l -плечо поверхностного диполя, образованного адсорбированным атомом и его изображением в подложке (диэлектрической поправкой , где - статическая диэлектрическая проницаемость, пренебрегаем), А> 10 - безразмерный коэффициент, слабо зависящий от геометрии решетки адатомов. Зависимость полуширины квазиуровня от степени покрытия представим в виде , где - полуширина квазиуровня изолированного адатома, - безразмерный коэффициент.

(2)

Для определения параметров модели используем экспериментальные данные [3]. За величину l примем полусумму ионного и атомного радиусов: , что отражает дробность заряда адатомов щелочных металлов. Коэффициент А положим равным 10, покрытие в сm^-2. Результаты расчета представлены на рисунке. Видно, что теория вполне адекватно описывает экспериментальную ситуацию. Отметим, что экспериментальная зависимость является гладкой функцией, не смотря на возможные фазовые переходы в системе [4,5]. Именно это обстоятельство свидетельствует в пользу предлагаемой нами модели.