Rev. Phys. Appl. (Paris) 25, 869-885 (1990)
DOI: 10.1051/rphysap:01990002509086900

Croissance épitaxique de CoSi2 sur Si(111) étudiée par photoémission

L. Haderbache, P. Wetzel, C. Pirri, J.C. Peruchetti, D. Bolmont et G. Gewinner

Laboratoire de Physique et de Spectroscopie Electronique, 4 rue des Frères Lumière, 68093 Mulhouse Cedex, France

Abstract
By means of angle resolved photoemission (ARUPS), X-ray photoemission (XPS) and low energy electron diffraction (LEED), we have studied the epitaxial growth of CoSi2 films on Si(111). Three different and well characterized ( 1 x 1 ) surface structures labelled CoSi2(111)-Co, CoSi 2(111) and CoSi2(111)-Si are obtained by carefully controlled deposition (amounts of Co or Si in the monolayer range) and annealing conditions. The CoSi2(111)-Co surface structure appears to be a truncated CoSi 2 crystal exposing a plane of Co atoms. The CoSi2(111) surface structure exhibits a plane of Si as the top layer, whereas CoSi2(111)-Si appears to be terminated by an additional bilayer of Si. The topmost Co atoms of these three surface structures are four-fold, seven-fold and eight-fold coordinated, respectively. Two different, low temperature (≤ 400 °C) preparation methods called reactive MBE and sequential deposition, were found to give well ordered uniform CoSi2 layers with good homogeneity in film thickness. In this way, we succeeded in the detection of quantized hole states arising from particle confinement to the narrow potential well, in the direction normal to the surface, formed by such ultra-thin CoSi 2 films up to thicknesses as large as 40 Å.

Résumé
En utilisant la photoémission des rayons UV, résolue angulairement (ARUPS), la photoémission de rayons X (XPS) et la diffraction d'électrons lents (LEED), nous avons étudié la croissance de films de CoSi2 épitaxiques sur Si(111). Trois structures de surface (1 × 1) différentes, appelées CoSi 2(111)-Co, CoSi2(111) et CoSi2(111)-Si, sont générées en contrôlant soigneusement les dépôts de Co ou de Si (de l'ordre de la monocouche) et les conditions de recuit. La structure de surface CoSi 2(111)-Co est un cristal de CoSi2 exposant un plan d'atomes de Co. La structure de surface CoSi2(111) est compatible avec un cristal de CoSi2 exposant un plan d'atomes de Si, alors que la structure CoSi2(111)-Si est un cristal terminé par trois plans de Si. La coordination des atomes de Co de surface est respectivement, quatre, sept et huit pour ces trois structures. Deux méthodes de préparation, basses températures (≤ 400 °C) appelées « réactive MBE » et dépôt séquentiel, produisent des couches de CoSi2 uniformes et très homogènes en épaisseur. Dans ces conditions, nous avons pu observer, dans des films de CoSi2 de très faibles épaisseurs (≤ 40 Å), les effets quantiques provenant du confinement de particules dans un puits de potentiel étroit, dans la direction normale à la surface.

PACS
6855 - Thin film growth, structure, and epitaxy.
8115G - Vacuum deposition.
7960G - Photoelectron spectra of composite surfaces.
6820 - Solid surface structure.
8140G - Other heat and thermomechanical treatments.
6480E - Stoichiometry and homogeneity.

Key words
annealing -- cobalt compounds -- molecular beam epitaxial growth -- surface structure -- ultraviolet photoelectron spectra -- X ray photoelectron spectra -- semiconductor -- topmost Co layer coordination -- Si 111 -- angle resolved photoemission -- ARUPS -- X ray photoemission -- XPS -- low energy electron diffraction -- LEED -- epitaxial growth -- 1*1 surface structures -- controlled deposition -- annealing conditions -- low temperature -- reactive MBE -- sequential deposition -- homogeneity -- film thickness -- quantized hole states -- particle confinement -- narrow potential well -- 400 degC -- CoSi sub 2 films -- Si -- CoSi sub 2 Si