Розглянуто застосування спеціальних вістер для дослідження поверхні Si(111)7 times 7 і розширення можливостей скануючих тунельних мікроскопії (СТМ) та спектроскопії (СТС). Створено спеціальні вістря, які дають зображення залишкових атомів вищими та зображення адатомів на 0,4 - 1 ангстрем. Вперше спостерігалося зображення атомів на дні кутових ям на СТМ-зображеннях, отриманих за допомогою спеціального вістря.

Ионизационная спектроскопия в отличие от оже-спектроскопии позволяет различить химические состояния каждого из элементов сложного оксида на поверхности металлического сплава. Исследовано взаимодействие спектрально-чистого кислорода с поверхностями сталей 20Х13 и 08Х18Г12Н5АБ и поликристаллических железа, никеля, хрома, марганца при комнатной температуре. При дозе кислорода 10 мПа ^. с в присутствии окисленных железа и марганца атомы хрома в приповерхностном слое толщиной 1,5 нм не проявляют признаков окисления.

Досліджено вплив атомарного кисню на поверхню As/Si(001) напівемпіричним методом MNDO-PM3. Розраховано поверхню енергії адсорбції для атома кисню на грані As/Si(001). На ній знайдено три екстремуми (мінімуми) енергії. Ці мінімуми відповідають утворенню місткових зв'язків типу As - O - As, As - O - Si та Si - O - Si. Показано, що найвигіднішим є утворення з атомарним киснем містка Si - 0 - Si. Досліджено геометричну структуру дефекту типу "траншея", який може утворюватись відсутнім димером As на поверхні Si(001)/As, і енергію взаємодії з ним кисню. Виявилось, що найвигіднішим є вбудовування атома кисню у залишковий димер кремнію в "траншеї" з утворенням містка Si - O - Si.

За допомогою напівемпіричного методу MNDO-РМЗ досліджено вплив адплівок елементів V групи на геометричні та електронні властивості поверхні Si(001). При малих ступенях покриття theta <= 0,5 моношару (MIII) елементи V групи пасивують поверхню Si. Реконструкції поверхні кремнію при цьому не відбувається. При більших ступенях покриття theta >= 1 МШ відбувається реконструкція поверхні Si і атоми кремнію під шаром покриття утворюють структуру (1 times 1). Релаксація підкладки Si відбувається у перших трьох її шарах. Самі шари As, Sb і Bi формують структуру (1 times 2). Довжини зв'язків узгоджуються із значеннями, що їх було отримано іншими методами. Вперше систематизовано величини перенесеного заряду і дипольного момента при адсорбції трьох елементів V групи. Найбільший заряд передається під час адсорбції Bi ( Q = + 0,37 e). Дипольний момент систем відносно чистої поверхні Si в перерахунку на один атом адсорбату при ступені покриття порядку 1 МШ змінюється від - 0,54 Д для Si(100) : As до - 0,97 Д для Si(100) : Sb = + 2,26 Д для Si(100) : Bi.

За допомогою методів оже- та фотоелектронної спектроскопій, дифракції повільних електронів (ДПЕ) та спектроскопії характеристичних втрат енергії електронів (СХВЕЕ) досліджено формування електронної структури та зміну роботи виходу при адсорбації Bi на атомарно чистих Si(111) 7 times 7 розупорядкованих іонами Ar a-Si(111)-поверхнях. Показано, що на обох поверхнях Bi адсорбується за механізмом Странського - Крастанова. Електронну структуру, характерну для об'ємного Bi, спостережено вже при theta_Bi = 5 symbol Ш 6 моношарів (МШ). Прогрівання інтерфейсів, утворених Bi на таких поверхнях, по- різному впливає на їх структуру. На кристалічних підкладках за Т > 300 °C утворюється надструктура sqrt 3 times sqrt 3, на a-Si(111) при 300 °C Bi десорбується. На упорядкованій та на розупорядкованій поверхнях кремнію Bi зменшує роботу виходу приблизно на 0,7 еВ, впливає на щільність поверхневих електронних станів, що зумовлені адатомами кремнію та зв'язані з напруженістю зв'язків між атомами перших двох шарів Si, а також модифікує спектр характеристичних втрат енергії електронів. Подано інтерпретацію результатів.

Досліджено процес адсорбції молекули кисню на поверхню кремнію <$E roman Si(001)2~times~1> над рядом димерів кремнію за допомогою напівемпіричного методу MNDO-PM3. Розглянуто адсорбцію молекули кисню на чисту поверхню кремнію, поверхню з початковим зарядом Q = -1e та поверхню з атомом Вi. Знайдено енергії активації дисоціації кисню на поверхні Si(001): 0,88; 0,85; 0,45 і 0,51 еВ відповідно для синглетного та триплетного станів системи, стану з початковим зарядом і в присутності Вi. Проаналізовано вплив початкового заряду на процес дисоціації молекули кисню. Показано, що ймовірність окиснення залежить від присутності заряду на поверхні.

Методом сканувальної тунельної мікроскопії зі спеціальними вольфрамовими вістрями, покритими Bi, показано можливість безпосереднього спостереження початкових стадій адсорбції атомів водню в місцях кутових ям поверхні <$E roman Si(111)7~times~7>. Виявлено, що за кімнатної температури місця кутових ям на цій поверхні приблизно у два рази менш активні, ніж місця адатомів та залишкових атомів. Хімічна активність атомів у кутових ямах, залишкових атомів та адатомів не узгоджується з енергіями зв'язку атома водню в кожному з цих адсорбційних місць (3,2; 2,9 та 2,6 еВ відповідно). Тому хімічна активність до водню різних адсорбційних місць на поверхні <$E roman Si(111)7~times~7> за кімнатної температури визначається скоріше кінетичними факторами, зокрема, коефіцієнтом прилипання. Показано, що з ростом температури відбувається перерозподіл атомів водню між адатомами та залишковими атомами поверхні, проте кількість адсорбованого водню в кутових ямах не змінюється за температур <$E T~<<~400~symbol Р>C. Це свідчить про високий для атомів водню дифузійний бар'єр, що оточує кутову яму. Десорбція водню з поверхні <$E roman Si(111)7~times~7> відбувається за температури 450 - 500 <$E symbol Р>C одночасно з усіх адсорбційних місць. Запропоновано механізм десорбції водню з кутових ям за рахунок дифузії водню із місць адатомів у кутові ями з утворенням молекули H2.

За допомогою скануючого тунельного мікроскопа (СТМ) зі звичайними W- та спеціальними Bi/W-вістрями вивчено зміни щільності електронних станів атомів поверхні <$E roman Si(111)7~times~7> за умов адсорбції водню в кутові ями. Знайдено, що адсорбція атомів водню в кутову яму збільшує щільність зайнятих електронних станів сусідніх з цією кутовою ямою адатомів на бездефектних половинах комірок <$E roman Si(111)7~times~7>. Цю зміну щільності електронних станів спостережено в СТМ-зображеннях із використанням Bi/W- і звичайних вістер. Запропоновано використання явища зміни електронних станів адатомів на бездефектних половинах як індикатора адсорбції водню в кутову яму під час СТМ-досліджень із застосуванням звичайних вістрів.

За допомогою квантово-механічної моделі взаємодії електронів середніх енергій (E0 << 1500 еВ) з поверхневими шарами твердого тіла з урахуванням просторової дисперсії екранування в приповерхневих шарах проаналізовано числовим методом спектри характеристичних втрат енергії відбитих електронів (ХВЕВЕ) в області збудження поверхневих плазмонів для Al. Модель виявила азимутальні залежності інтенсивності спектрів ХВЕВЕ, які спостерігаються експериментально. Просторова дисперсія зменшує амплітуду розрахованих спектрів Аl на 5 - 25 % в діапазоні початкових енергій електронів 100 - 600 еВ. Показано, що півширина розрахованої лінії поверхневого плазмону залежить від енергії електронів і визначається просторовою дисперсією, яка значно, в 1,2 - 1,4 рази, розширює цю спектральну лінію.

Досліджено особливості нанониток Bi, що утворюються на поверхні <$E roman Si(100) -2~times~1> за температури <$E T~>>~520~symbol Р>C. Виміряно залежність довжинного розподілу нанониток Bi від часу прогрівання системи <$E roman {Bi "/" Si} (100)-2~times~n> та вперше встановлено можливість утворення нанонитки Bi у підповерхневому шарі перебудованої поверхні кремнію.

За допомогою ультрафіолетової фотоелектронної й оже-електронної спектроскопії досліджено формування Au/Si інтерфейсів на впорядкованих <$E roman Si(100)-2~times~1> і розупорядкованих бомбардуванням іонами Ar поверхнях a-Si(100). Показано відсутність критичної товщини плівки Au для початку хімічної взаємодії між атомами Au та Si для обох типів досліджуваних поверхонь. Виявлено, що в разі адсорбції атомів Au на a-Si(100) формування електронної структури, характерної для <$E 5d>-зони об'ємного Au, відбувається значно повільніше, ніж на <$E roman Si(100)-2~times~1> поверхні.

Методами електронних оже- та іонізаційної спектроскопії експериментально досліджено хімічний склад оксидів, що утворюються на поверхні Si(001), з попередньо адсорбованим субмоношаром сурми, після експозиції у молекулярному кисні до <$E 10 sup 8> Л (1 Л (Ленгмюр) = <$E 10 sup -6~roman {мм рт.ст.~cdot~с}>). Вперше експериментально показано, що за експозицій в O2, більших за <$E 10 sup 6> Л, на таких поверхнях утворюються як оксиди сурми, так і оксиди кремнію, за стехіометричним складом близькі до SiO2. Ця властивість сурми відрізняє її від вісмуту, за присутності якого утворюються лише оксиди кремнію, що узгоджується з попередніми розрахунками енергій адсорбції кисню на поверхнях Sb/Si(001) та Bi/Si(001). Поміж причин необхідності помітно більших експозицій для утворення оксидів кремнію в системі Sb/Si(001), ніж у системі Bi/Si(001), можуть бути суттєво менші напруження та перенесення заряду між сурфактантом та підкладкою, що спостерігається в шарах Si за адсорбції Sb. Проведене квантово-хімічне моделювання оксидних фаз Sb у субмоношарових покриттях на кремнії показало, що величини хімічних зсувів <$E N sub 4,5> рівнів сурми пропорційні змінам ефективного заряду на атомах Sb.

Адсорбцію та обертання димера Bi над димерним рядом на поверхні Si(001) досліджено за допомогою розрахунків з перших принципів. Розраховано дві стабільні конфігурації димера Bi A та В типів. Димери Bi В типу є більш енергетично вигідними. Визначено різницю енергій між димерами в А та В конфігураціях, що склала 0,34 еВ. Визначено найвигідніший шлях обертання димера Bi та відповідний енергетичний бар'єр. Досліджено впив поля вістря СТМ і дефектів на бар'єр обертання димера Bi.

За допомогою методів електронної Оже- та іонізаційної спектроскопії експериментально досліджено хімічний склад оксидів, що утворюються на поверхні Si(001) з передадсорбованими субмоношаровими покриттями стибію при експозиціях до <$E 10 sup 8> Л (Ленгмюр) у молекулярному кисні. Вперше показано, що, на відміну від бісмуту в системі Bi/Si(001), який залишається у неокисненому стані на поверхні шару SiO2, утвореного на поверхні Si(001) після експозиції в кисні, стибій в системі Sb/Si(001) утворює оксиди стибію одночасно з оксидом кремнію при експозиціях у молекулярному кисні, більших за <$E 10 sup 6> Л. Існування оксидів стибію в його субмоношарових покриттях на поверхні Si(001) узгоджується з результатами попередніх квантово-хімічних розрахунків.

Процес дифузії B-димерів Ge-Ge і Si-Si на поверхні Ge (001) досліджено за допомогою розрахунків із перших принципів. Для B-димерів Ge-Ge і Si-Si знайдено два найбільш імовірні шляхи дифузії. Шлях I відповідає корельованому руху адатомів. Шлях відповідає руху цілого димеру. Одержані енергії бар'єрів для шляхів I і II є практично однаковими. Величини енергетичних бар'єрів для дифузії B-димерів Ge-Ge і Si-Si вздовж димерного ряду на поверхні Ge (001) становлять близько ~0,9 і ~0,95 еВ, відповідно.

Процес дифузії В-димеру Ge - Ge на поверхні Ge(100) досліджено за допомогою розрахунків з перших принципів. Знайдено два найбільш імовірні шляхи дифузії В-димеру: шлях I відповідає корельованому руху адатомів, шлях II відповідає руху цілого димеру. Одержано, що енергії бар'єрів для обох шляхів є практично однаковими, а величина енергетичного бар'єра для дифузії В-димеру германію вздовж димерного ряду на поверхні Ge(100) становить близько ~ 0,9 еВ для обох шляхів.

За допомогою методу просвітлювальної електронної мікроскопії досліджено фасетування границь зерен у полікремнієвих плівках, одержаних методом хімічного осадження з газової фази в реакторі зниженого тиску. Показано, що зернограничні фасетки паралельні щільнопакованим площинам гратки вузлів, які збігаються. Характеристики фасеток (орієнтація, довжина) визначаються типом структури плівок (волокниста, рівноосьова, дендритна).

За допомогою методів УФЕС, ОЕС та ДПЕ досліджено електронні властивості кристалічної Ge(111)c-<$E 2~times~8> та розупорядкованої іонами <$E roman Ar sup +> а-Ge(111) поверхонь, а також інтерфейсів на них з атомами Sb в діапазоні температур 20 - 400 C. Установлено складний характер зміни загину зон і роботи виходу залежно від ступеня покриття поверхонь атомами Sb та температури прогріву інтерфейсів. Запропоновано модель, що пояснює експериментальні дані.

Найбільш імовірні місця адсорбції одного, двох і трьох атомів кисню досліджено за допомогою розрахунків із перших принципів. Установлено, що найбільш енергетично вигідним є формування <$E roman Si sup 2+> координованого оксиду таким чином, щоб утворювались зв'язки Si - O - Si, що виникають між атомом поверхневого димеру й атомами другого шару. Встановлено, що кисень може спричиняти перемішування Si і Ge, що в свою чергу може призвести до зміни бар'єрів дифузії та хемосорбції. Взаємодія кисню з поверхнею не є виключно локальною.

Досліджено взаємодію молекулярного кисню з поверхнею кремнію вкритою субмоношаровим покриттям Cr в діапазоні експозицій O2 від 1 до <$E 10 sup 3> Л за кімнатної температури за допомогою методів електронної оже-спектроскопії та іонізаційної спектроскопії.