Interaction de l'hydrogène, de l'argent et du sodium avec des surfaces de β-SiC(001) : organisation atomique, nanostructures et métallisation

Hydrogen, silver and sodium interaction with β-SiC(001) surfaces : atomic organisation, nanostructures and metallization

• Auteur / Autrice : Marie d' Angelo
• Direction : Patrick Soukiassian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Semiconducteur à grand gap

Carbure de silicium

Spectroscopie tunnel

Diffraction de rayons X

Rayonnement synchrotron

Résumé

Nous étudions les surfaces β-SiC(001) propres et couvertes d'hydrogène, d'argent et de sodium par microscopie tunnel (STM), spectroscopie de photo électrons utilisant le rayonnement synchrotron et la diffraction de rayons X en incidence rasante. Nous déterminons la structure atomique de la surface riche en silicium β-SiC(001) 3x2 et proposons un modèle, ALSD (Alternately Long and Short Dimers) qui met en évidence l'importance des contraintes sur l'organisation des surfaces du SiC. Nous confirmons en photoémission de bande de valence utilisant le rayonnement synchrotron et par spectroscopie tunnel, la métallisation de la surface 3x2 induite par dépôt d'hydrogène atomique. Nous proposons un mécanisme pour cette métallisation, en accord avec le modèle, ALSD de la surface propre et les données de spectroscopie de photoélectron au niveau de cœur Si 2p. Nous mettons en évidence, par microscopie à effet tunnel, la formation d'agrégats d'argent par dépôt d'argent sur la surface 3x2. Au contraire, dans le cas de la surface terminée silicium, c(4x2), l'adsorption se fait sur les sites pedestal. Nous observons deux structures, 2x3 et c(2x4), induites par l'argent et pour lesquelles nous proposons un modèle structural. Nous mettons en évidence la diffusion anisotropique, à température ambiante, des atomes d'Ag le long des rangées de dimères. Pour une évaporation partielle du film d'Ag, des nanostructures unidimensionnelles perpendiculaires aux rangées de dimères de la surface c(4x2) sont créées. Ce résultat est interprété en terme de modification de la barrière de diffusion avec la température. Dans le cas de l'interaction de la surface riche en silicium 3x2 avec le sodium, nos expériences de photoémission montrent que la liaison Na/Si est une liaison covalente faible, tandis que la présence d'un plasmon au niveau de cœur Na 2p met en évidence la formation d'agrégats métalliques de sodium sur la surface β-SiC(001) 3x2.

We study clean and hydrogen, silver and sodium covered β-SiC(001) surfaces by scanning tunnelling microscopy (STM), synchrotron radiation based photoelectron spectroscopy and ''grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD). We determine unambiguously the atomic structure of the silicon-rich β-SiC(001) 3x2 surface and propose a new model called ALSD (Alternately Long and Short Dimers) showing the importance of surface stress on SiC surface organisation. By synchrotron based valence band photoemission and scanning tunnelling spectroscopy, we confirm the metallization of the silicon-rich, 3x2, surface upon atomic hydrogen exposure. We propose a mechanism for this metallization, in agreement with the ALSD model for the clean surface and the Si 2p core level photoemission data. We highlight, by STM, Ag clusters formation on the 3x2 surface. On the contrary, in the case of interaction with the Si-terminated, c(4x2), surface, the Ag atoms are adsorbed on pedestal sites. We observe two structures induced by silver: a 2x3 and a c(2x4) for which we propose a structural model. We also evidence room temperature anisotropic Ag diffusion, along the dimer rows of the c(4x2) surface. Interestingly, upon partial annealing of an Ag monolayer, one-dimensional nanostructures, perpendicular to the dimer rows are created. This result is interpreted in terms of diffusion barrier modification with temperature. In the case of sodium interaction with the Si-rich, 3x2, reconstruction, photoemission experiments show that the Si/Na bound is a weak covalent bound, while a plasmon feature at Na 2p core level evidences Na metallic clusters formation on the β-SiC(001) 3x2 surface.