Computer Simulation of Li and Be Wetting Layers on the Si (100) Surface

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Within the framework of the of density functionality theory and the pseudopotential method, the atomic and electronic structure of the two-dimensional Li–Si and Be–Si systems forming on the Si (100) surface is calculated, with a metal thickness of one to three monolayers (ML). At the first ML, the formation of ordered silicide wetting layer of Li (with atoms embedded inside the top layer Si) and Be (with atoms embedded between the top two Si layers) was detected. At 2 ML, the systems are modified: Li atoms occupy positions between the top two Si layers, and Be atoms rise at positions above the top Si layer. After that, with a coating thickness of 3 ML, in the case of Li, a continuous disordered wetting layer is formed, and in the case of Be, a wetting layer in the form of disordered chains along the length. At 1 ML, an energy gap appears in the electronic structure of the studied systems in the density of electronic states near the Fermi level, the width of which is 1.02 eV and 0.36 eV, respectively, for Li-Si and Be-Si systems. Then the gap disappears, first for the lithium system (at 2 ML), and then, for the beryllium system (at 3 ML).

About the authors

Victor G. Zavodinsky

Khabarovsk branch at Institute of Applied Mathematics of the Far Eastern branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vzavod@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0958-6282

Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, leader-researcher

Russian Federation, Khabarovsk

Olga A. Gorkusha

Khabarovsk branch at Institute of Applied Mathematics of the Far Eastern branch of the Russian Academy of Sciences

Email: o_garok@rambler.ru

Cand. Sci. (Phys.-Math.), senior researcher

Russian Federation, Khabarovsk

Nicolay I. Plusnin

Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny

Email: contact5@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9691-9721

Dr. Sci. (Phys.-Math.), senior researcher

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Ko Young-Jo, Chang K.J., Yi Jae-Yel. Atomic and electronic structure of Li-adsorbed on the Si (100) surfaces. Physical Review. 1997. No. 56 (15). Pp. 9575–9582. doi: 10.1103/PhysRevB.56.9575.
  2. Rysbaev A.S., Normurodov A.T., Khujaniyozov J., Normurodov D. On the formation of silicide films of metals (Li, Cs, Rb, and Ba) during ion implantation in Si and subsequent thermal annealing. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2021. No. 15. Pp. 607–610. doi: 10.1134/S10274510210303.
  3. Hite D., Tang S., Sprunger P. Reactive epitaxy of beryllium on Si (111)-(7 × 7). Chemical Physics Letters. 2003. No. 367. Pp. 129–137. doi: 10.1016/S0009-2614(02)01637-8.
  4. Clark S.J., Al-Allak Y.M., Brand S., Abram R.A. Structure and electronic properties of FeS2. Phys. Rev. 1998. No. 58. Pp. 10389–10393. doi: 10.1103/PhysRevB.58.10389.
  5. Kohn W., Sham J.L. Self-consistent equations including exchange and correlation effects. Physical Review. 1965. No. 40. Pp. A1133–A1138. doi: 10.1103/PhysRev.140.A1133.
  6. Hohenberg H., Kohn W. Inhomogeneous electron gas. Physical Review. 1964. No. 136. Pp. B864–B871. doi: 10.1103/PhysRev.136.B864.
  7. Fuchs M., Scheffler M. Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density-functional theory. Computational Physics Communications. 1999. No. 119. Pp. 67–98. doi: 10.1016/S0010-4655(98)00201-X.
  8. Beckstedte M., Kley A., Neugebauer J., Scheffler M. Density functional theory calculation for poly-atomic systems: Electronic structure, static and elastic properties and ab initio molecular dynamics. Computational Physics Communications. 1997. No. 107. Pp. 187–205. doi: 10.1016/S0010-4655(97)00117-3.
  9. Ceperly D.M., Alder B.J. Ground state of the electron gas by a stochastic method. Phys. Rev. Lett. 1980. No. 45. Pp. 566–569. doi: 10.1103/PhysRevLett.45.566.
  10. Perdew J.P., Zunger A.S. Self-interaction correction to density functional approximation for many-electron systems. Physical Review. 1981. No. 23. Pp. 5048–5079. doi: 10.1103/PhysRevB.23.5048.
  11. Harris F.E., Monkhorst H.J. Complete calculations of the electronic energies of solids. Phys. Rev. Lett. 1969. No. 23 (18). Pp. 1026–1030. doi: 10.1103/PhysRevLett.23.1026.
  12. Fritsch J., Pavone P. Ab initio calculation of the structure, electronic states, and the phonon dispersion of the Si (100) surface. Surface Science. 1995. No. 344. Pp. 159–173. doi: 10.1016/0039-6028(95)00802-0.
  13. Dabrowski J., Scheffler M. Self-consistent study of the electronic and structural properties of the clean Si (001)(2 × 1) surface. Appl. Surf. Sci. 1992. No. 56-58. Pp. 15–19. doi: 10.1016/0169-4332(92)90208-F.0.407.
  14. Gavioli L., Betti M.G., Cricenti A., Mariani C. Surface electronic structure at Si (100)-(2 × 1). Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1995. No. 76. Pp. 541–545. doi: 10.1016/03682048(95)02466-2.
  15. Hata K., Shibata Y., Shigekawa H. Fine electronic structure of the buckled dimers of Si (100) elucidated by atomically resolved scanning tunneling spectroscopy and bias-dependent imaging. Physical Review. 2001. No. 64. Pp. 235310–235315. doi: 10.1103/PhysRevB.64.235310

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Arrangement of Li and Be atoms on the surface of Si (100) in the case of 1 ML deposition. The structure of the pure Si (100) surface is also shown here: white circles are silicon atoms; large black circles are metal atoms; small black circles are hydrogen atoms

Download (43KB)
3. Fig. 2. DOS calculated for the first ML of lithium and beryllium, as well as for Si (100)

Download (21KB)
4. Fig. 3. Arrangement of Li and Be atoms on the surface of Si (100) at the two-monolayer coating

Download (32KB)
5. Fig. 4. DOS calculated for the second ML of lithium and beryllium

Download (21KB)
6. Fig. 5. Arrangement of Li and Be atoms on the surface of Si (100) at the third-monolayer coating

Download (34KB)
7. Fig. 6. DOS calculated for the third ML of lithium and beryllium

Download (20KB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».