搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

Si衬底上生长的MnSi薄膜和MnSi1.7 纳米线的STM和XPS分析

石高明 邹志强 孙立民 李玮聪 刘晓勇

引用本文:
Citation:

Si衬底上生长的MnSi薄膜和MnSi1.7 纳米线的STM和XPS分析

石高明, 邹志强, 孙立民, 李玮聪, 刘晓勇

Scanning tunneling mircroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy studies of MnSi film and MnSi1.7 nanowires grown on Si substrates

Shi Gao-Ming, Zou Zhi-Qiang, Sun Li-Min, Li Wei-Cong, Liu Xiao-Yong
PDF
导出引用
  • 本文采用分子束外延方法制备出MnSi薄膜和MnSi1.7纳米线, 利用扫描隧道显微镜进行观察, 采用X射线光电子能谱仪系统地分析了MnSi薄膜和MnSi1.7纳米线的Mn 2p和Si 2p. 结果表明厚度为 ~0.9 nm的MnSi薄膜表面为√3 × √3重构, MnSi1.7纳米线长500—1500 nm, 宽16—18 nm, 高 ~ 3 nm. MnSi薄膜的Mn 2p1/2和Mn2p3/2峰位与MnSi1.7纳米线相同, 均分别为649.7 eV和638.7 eV. 结合能在640—645 eV和 ~653.8 eV处的锰氧化合物的Mn 2p3/2和Mn 2p1/2 峰证明在短暂暴露于空气中后MnSi薄膜和MnSi1.7纳米线表面有氧化层形成. 两种锰硅化合物Si 2p谱中向低结合能方向的化学位移表明随着锰硅化合物的形成, Si的化学环境发生了变化.
    Manganese silicides are promising industrial materials in optoelectronics and microelectronics fields. The study of electronic structures of manganese silicide film and nanowires is essential for a deeper understanding of their properties. In this paper, MnSi film and MnSi1.7 nanowires are prepared by molecular beam epitaxy method, and then observed by scanning tunneling microscopy (STM). The Mn 2p and Si 2p of MnSi film and MnSi1.7 nanowires are comprehensively studied using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results demonstrate that MnSi film with ~ 0.9 nm high is √3 × √3 reconstruction, and that the MnSi1.7 nanowires are about ~ 3 nm high, 16—18 nm wide and 500—1500 nm long. The binding energies of the Mn 2p1/2 level and Mn 2p3/2 level for MnSi film are 649.7 and 638.7 eV, respectively, which coincide with those of MnSi1.7 nanowires. The Mn 2p3/2 and Mn 2p1/2 peaks which are located at 640—645 eV and ~653.8 eV indicate that an oxide layer formed on the surfaces of film and nanowires because of short-time exposure to the atmosphere. The negative chemical shifts for MnSi film and MnSi1.7 nanowires from Si2p spectra indicate that with the formation of manganese silicides, the chemical state of Si is changed.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 61176017) 和上海市教育委员会科研创新项目 (批准号: 12ZZ025) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61176017) and the Innovation Program of Shanghai Municipal Education Commission, China (Grant No. 12ZZ025).
    [1]

    Schmitt A L, Higgins J M, Szczech J R, Jin S 2010 J. Mater. Chem. 20 223

    [2]

    Zhang Q, Takeguchi M, Tanaka M, Furuya K 2002 J. Cryst. Growth 237-239 1956

    [3]

    Li W C, Zou Z Q, Wang D, Shi G M 2012 Acta Phys. Sin. 61 066801 (in Chinese) [李玮聪, 邹志强, 王丹, 石高明 2012 物理学报 61 066801]

    [4]

    Zou Z Q, Li W C, Liang J M, Wang D 2011 Acta Mater. 59 7473

    [5]

    Lian Y C, Chen L J 1986 Appl. Phys. Lett. 48 359

    [6]

    Mahan J E 2004 Thin Solid Films 461 152

    [7]

    Higgins J M, Schmitt A L, Guzei I A, Jin S 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 16086

    [8]

    Luo W H, Li H, Lin Z B, Tang X F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8783 (in Chinese) [罗文辉, 李涵, 林泽冰, 唐新峰 2010 物理学报 59 8783]

    [9]

    Petrova L I, Dudkin L D, Fedorov M I, Solomkin F Y, Zaitsev V K, Eremin I S 2002 Tech. Phys. 47 550

    [10]

    Higashi S, Kocán P, Tochihara H 2009 Phys. Rev. B 79 205312

    [11]

    Kumar A, Tallarida M, Hansmann M, Starke U, Horn K 2004 J. Phys. D: Appl. Phys. 37 1083

    [12]

    Tatsuoka H, Koga T, Matsuda K, Nose Y, Souno Y, Kuwabara H, Brown P D, Humphreys C J 2001 Thin Solid Films 381 231

    [13]

    Hou Q R, Zhao W, Chen Y B, He Y J 2008 Phys. Stat. Sol. (a) 205 2687

    [14]

    Stevens M, He Z, Smith D J, Bennett P A 2003 J. Appl. Phys. 93 5670

    [15]

    Zou Z Q, Wang H, Wang D, Wang Q K, Mao J J, Kong X Y 2007 Appl. Phys. Lett. 90 133111

    [16]

    Zou Z Q, Li W C 2011 Phys. Lett. A 375 849

    [17]

    Ohtsu N, Oku M, Nomura A, Sugawara T, Shishido T, Wagatsuma K 2008 Appl. Surf. Sci. 254 3288

    [18]

    Audi A A, Sherwood P M A 2002 Surf. Interface Anal. 33 274

    [19]

    Süzer S, Ertas N, Ataman O Y 1999 Appl. Spectrosc. 53 479

    [20]

    Briggs D, Seach M P 1994 Practical Surface Analysis (Vol. 1) (Chichester: Wiley) p607

    [21]

    Foord J S, Jackman R B, Allen G C 1984 Philos. Mag. A 49 657

    [22]

    Martinez C, Cremer R, Neuschütz D, Richthofen A V 2002 Anal. Bioanal. Chem. 374 742

    [23]

    Huang H Z 2007 Surface Chemical Analysis (Shanghai: East China University of Science and Technology Press) p20-21 (in Chinese) [黄惠忠 2007 表面化学分析 (上海: 华东理工大学出版社) 第20-21页]

    [24]

    Zhang W, Xu F Q, Wang G D, Zhang W H, Li Z M, Wang L W, Chen T X 2011 Acta Phys. Sin. 60 017104 (in Chinese) [张旺, 徐法强, 王国栋, 张文华, 李宗木, 王立武, 陈铁锌 2011 物理学报 60 017104]

    [25]

    Packard W E, Dow J D 1997 Phys. Rev. B 55 15643

  • [1]

    Schmitt A L, Higgins J M, Szczech J R, Jin S 2010 J. Mater. Chem. 20 223

    [2]

    Zhang Q, Takeguchi M, Tanaka M, Furuya K 2002 J. Cryst. Growth 237-239 1956

    [3]

    Li W C, Zou Z Q, Wang D, Shi G M 2012 Acta Phys. Sin. 61 066801 (in Chinese) [李玮聪, 邹志强, 王丹, 石高明 2012 物理学报 61 066801]

    [4]

    Zou Z Q, Li W C, Liang J M, Wang D 2011 Acta Mater. 59 7473

    [5]

    Lian Y C, Chen L J 1986 Appl. Phys. Lett. 48 359

    [6]

    Mahan J E 2004 Thin Solid Films 461 152

    [7]

    Higgins J M, Schmitt A L, Guzei I A, Jin S 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 16086

    [8]

    Luo W H, Li H, Lin Z B, Tang X F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8783 (in Chinese) [罗文辉, 李涵, 林泽冰, 唐新峰 2010 物理学报 59 8783]

    [9]

    Petrova L I, Dudkin L D, Fedorov M I, Solomkin F Y, Zaitsev V K, Eremin I S 2002 Tech. Phys. 47 550

    [10]

    Higashi S, Kocán P, Tochihara H 2009 Phys. Rev. B 79 205312

    [11]

    Kumar A, Tallarida M, Hansmann M, Starke U, Horn K 2004 J. Phys. D: Appl. Phys. 37 1083

    [12]

    Tatsuoka H, Koga T, Matsuda K, Nose Y, Souno Y, Kuwabara H, Brown P D, Humphreys C J 2001 Thin Solid Films 381 231

    [13]

    Hou Q R, Zhao W, Chen Y B, He Y J 2008 Phys. Stat. Sol. (a) 205 2687

    [14]

    Stevens M, He Z, Smith D J, Bennett P A 2003 J. Appl. Phys. 93 5670

    [15]

    Zou Z Q, Wang H, Wang D, Wang Q K, Mao J J, Kong X Y 2007 Appl. Phys. Lett. 90 133111

    [16]

    Zou Z Q, Li W C 2011 Phys. Lett. A 375 849

    [17]

    Ohtsu N, Oku M, Nomura A, Sugawara T, Shishido T, Wagatsuma K 2008 Appl. Surf. Sci. 254 3288

    [18]

    Audi A A, Sherwood P M A 2002 Surf. Interface Anal. 33 274

    [19]

    Süzer S, Ertas N, Ataman O Y 1999 Appl. Spectrosc. 53 479

    [20]

    Briggs D, Seach M P 1994 Practical Surface Analysis (Vol. 1) (Chichester: Wiley) p607

    [21]

    Foord J S, Jackman R B, Allen G C 1984 Philos. Mag. A 49 657

    [22]

    Martinez C, Cremer R, Neuschütz D, Richthofen A V 2002 Anal. Bioanal. Chem. 374 742

    [23]

    Huang H Z 2007 Surface Chemical Analysis (Shanghai: East China University of Science and Technology Press) p20-21 (in Chinese) [黄惠忠 2007 表面化学分析 (上海: 华东理工大学出版社) 第20-21页]

    [24]

    Zhang W, Xu F Q, Wang G D, Zhang W H, Li Z M, Wang L W, Chen T X 2011 Acta Phys. Sin. 60 017104 (in Chinese) [张旺, 徐法强, 王国栋, 张文华, 李宗木, 王立武, 陈铁锌 2011 物理学报 60 017104]

    [25]

    Packard W E, Dow J D 1997 Phys. Rev. B 55 15643

  • [1] 戴昊光, 查访星, 陈平平. InGaAs(110)解理面的扫描隧道谱的理论诠释. 物理学报, 2021, 70(19): 196801. doi: 10.7498/aps.70.20210419
    [2] 杨蒙生, 易泰民, 郑凤成, 唐永建, 张林, 杜凯, 李宁, 赵利平, 柯博, 邢丕峰. 沉积态铀薄膜表面氧化的X射线光电子能谱. 物理学报, 2018, 67(2): 027301. doi: 10.7498/aps.67.20172055
    [3] 徐丹, 殷俊, 孙昊桦, 王观勇, 钱冬, 管丹丹, 李耀义, 郭万林, 刘灿华, 贾金锋. 铜箔上生长的六角氮化硼薄膜的扫描隧道显微镜研究. 物理学报, 2016, 65(11): 116801. doi: 10.7498/aps.65.116801
    [4] 张玺, 刘超飞, 王健. 低维超导的实验进展. 物理学报, 2015, 64(21): 217405. doi: 10.7498/aps.64.217405
    [5] 高凤菊. 弯曲Cu纳米线相干X射线衍射图的计算. 物理学报, 2015, 64(13): 138102. doi: 10.7498/aps.64.138102
    [6] 张富春, 张威虎, 董军堂, 张志勇. Cr掺杂ZnO纳米线的电子结构和磁性. 物理学报, 2011, 60(12): 127503. doi: 10.7498/aps.60.127503
    [7] 张旺, 徐法强, 王国栋, 张文华, 李宗木, 王立武, 陈铁锌. Fe/ZnO (0001)体系界面相互作用中薄膜厚度效应的光电子能谱研究. 物理学报, 2011, 60(1): 017104. doi: 10.7498/aps.60.017104
    [8] 杨景景, 杜文汉. Sr/Si(100)表面TiSi2纳米岛的扫描隧道显微镜研究. 物理学报, 2011, 60(3): 037301. doi: 10.7498/aps.60.037301
    [9] 黄仁忠, 刘柳, 杨文静. 扫描隧道显微镜针尖调制的薄膜表面的原子扩散. 物理学报, 2011, 60(11): 116803. doi: 10.7498/aps.60.116803
    [10] 孙伟峰, 李美成, 赵连城. Ga和Sb纳米线声子结构和电子-声子相互作用的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7291-7297. doi: 10.7498/aps.59.7291
    [11] 李永华, 刘常升, 孟繁玲, 王煜明, 郑伟涛. NiTi合金薄膜厚度对相变温度影响的X射线光电子能谱分析. 物理学报, 2009, 58(4): 2742-2745. doi: 10.7498/aps.58.2742
    [12] 刘晓旭, 陈贵锋, 李养贤, 徐世峰, 吴光恒, 徐 秋, 王鸿雁, 刘宝海, 师宏伟, 王冀霞, 赵郁海. CoxCu1-x复相纳米线阵列的制备及其磁性的研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4527-4533. doi: 10.7498/aps.57.4527
    [13] 何丽静, 林晓娉, 王铁宝, 刘春阳. 单晶Si表面离子束溅射沉积Co纳米薄膜的研究. 物理学报, 2007, 56(12): 7158-7164. doi: 10.7498/aps.56.7158
    [14] 葛四平, 朱 星, 杨威生. 用扫描隧道显微镜操纵Cu亚表面自间隙原子. 物理学报, 2005, 54(2): 824-831. doi: 10.7498/aps.54.824
    [15] 陈永军, 赵汝光, 杨威生. 长链烷烃和醇在石墨表面吸附的扫描隧道显微镜研究. 物理学报, 2005, 54(1): 284-290. doi: 10.7498/aps.54.284
    [16] 孟凡斌, 胡海宁, 李养贤, 陈贵锋, 陈京兰, 吴光恒. 一维Co单晶纳米线的x射线研究. 物理学报, 2005, 54(1): 384-388. doi: 10.7498/aps.54.384
    [17] 欧谷平, 宋 珍, 桂文明, 张福甲. 原子力显微镜与x射线光电子能谱对LiBq4/ITO和LiBq4/CuPc/ITO的表面分析. 物理学报, 2005, 54(12): 5717-5722. doi: 10.7498/aps.54.5717
    [18] 冯玉清, 赵 昆, 朱 涛, 詹文山. 磁性隧道结热稳定性的x射线光电子能谱研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5372-5376. doi: 10.7498/aps.54.5372
    [19] 许北雪, 吴锦雷, 刘惟敏, 杨海, 邵庆益, 刘盛, 薛增泉, 吴全德. 稀土对金属纳米粒子-介质复合薄膜(Ag-BaO)光电发射性能的增强. 物理学报, 2001, 50(5): 977-980. doi: 10.7498/aps.50.977
    [20] 苑进社, 陈光德, 齐鸣, 李爱珍, 徐卓. 分子束外延GaN薄膜的X射线光电子能谱和俄歇电子能谱研究. 物理学报, 2001, 50(12): 2429-2433. doi: 10.7498/aps.50.2429
计量
  • 文章访问数:  7862
  • PDF下载量:  771
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-04-28
  • 修回日期:  2012-06-14
  • 刊出日期:  2012-11-05

Si衬底上生长的MnSi薄膜和MnSi1.7 纳米线的STM和XPS分析

  • 1. 上海交通大学分析测试中心, 上海 200240;
  • 2. 上海交通大学物理系, 上海 200240
    基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 61176017) 和上海市教育委员会科研创新项目 (批准号: 12ZZ025) 资助的课题.

摘要: 本文采用分子束外延方法制备出MnSi薄膜和MnSi1.7纳米线, 利用扫描隧道显微镜进行观察, 采用X射线光电子能谱仪系统地分析了MnSi薄膜和MnSi1.7纳米线的Mn 2p和Si 2p. 结果表明厚度为 ~0.9 nm的MnSi薄膜表面为√3 × √3重构, MnSi1.7纳米线长500—1500 nm, 宽16—18 nm, 高 ~ 3 nm. MnSi薄膜的Mn 2p1/2和Mn2p3/2峰位与MnSi1.7纳米线相同, 均分别为649.7 eV和638.7 eV. 结合能在640—645 eV和 ~653.8 eV处的锰氧化合物的Mn 2p3/2和Mn 2p1/2 峰证明在短暂暴露于空气中后MnSi薄膜和MnSi1.7纳米线表面有氧化层形成. 两种锰硅化合物Si 2p谱中向低结合能方向的化学位移表明随着锰硅化合物的形成, Si的化学环境发生了变化.

English Abstract

参考文献 (25)

目录

    /

    返回文章
    返回