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A. CORNET et J.-P. DEVILLE
2.3.2. Reconstruction (7 x 7) du plan (1 11) du silicium
La surstructure Si (111) - ( 2 x 1) est métastable et u n recuit à 380 “C conduit
irréversiblement à une surstructure (7 x 7). Cette surstructure s’obtient aussi
normalement après nettoyage d’une face (1 11) de silicium obtenue par coupe et
polissage classiques. I1 n’est pas possible d’entrer dans les détails de la résolution de cette surstructure qui a exigé plus de vingt ans d‘efforts. Les techniques
de réseau réciproque (diffraction d’électrons) étaient dans un premier temps
inadaptées dans la mesure où elles imposaient le traitement de beaucoup trop
d’informations. Des qu’une image dans le réseau direct a pu être obtenue par
STM, le problème a trouvé rapidement une solution qui était très éloignée de tout
ce qu’on avait pu imaginer auparavant.
L a référence(l51 renvoie à des illustrations des modèles successifs. Le dernier
modèle en date, et le plus satisfaisant, est appelé DAS (dimer adatom stacking
fault) (Réf.ll6]) en raison de la présence d’un adatome en surface, de couplage des
atomes de silicium en dimères et d’une faute d’empilement entre deux côtés de la
maille. Cette structure a la particularité de supprimer plus de la moitié des liaisons pendantes (il n’en reste que 19 au lieu des 49 de la maille 7 x 7) et respecte
le plus possible la coordination tétraédrique des atomes de silicium (Fig. 1.1 1). I1
reste encore à bien comprendre la cinétique de cette transition de phase de surface (2 x 1) 4 (7 x 7) et, notamment, à expliquer son irréversibilité.
2.3.3. Reconstruction (I x5) du plan (100) de Pt, Ir, Au
L‘explication de ce type de reconstruction repose d’une part sur les propriétés
d‘anisotropie de y (voir Sect. 1.3.3.) et d’autre part sur l’élasticité (création de
surface par étirement). Ce sont surtout des structures déterminées en LEED qui
ont permis de commencer à comprendre ces reconstructions qui ont pu être
visualisées ensuite en STM. Pour l’iridium, il y a une transformation structurale
du premier ordre (1 x 1) métastable en (1 x 5) hexagonale compacte. Autrement
dit, on a l’homoépitaxie d u n plan (1 11) sur u n substrat (loo), facilitée ici par la
taille de l’atome d’iridium (Fig. 1.12). L’énergie d’activation de cette transition est
de l’ordre de 0,9 eV/at. L’iridium étant u n des éléments possédant la plus forte
tension superficielle, la différence entre y (1 11) et y (100) sera suffisante pour
rendre la surface (111) énergétiquement bien plus stable que la face (100).
puisque le rapport entre y(100) et y ( l l 1 ) est de l’ordre de 1,02.
Le cas du platine ou celui de l’or sont u n peu plus compliqués. On s’aperçoit
en effet que la structure n’est ni rigoureusement (1 x 5). ni toujours la même
d’une partie de l’échantillon à l’autre. On peut expliquer cela, d’une part, par une
reconstruction de type hexagonal (comme dans l’iridium), mais aussi par une
(15) Tromp R.M. et Van Loenen E.J., Ion beam crystallography of silicon surfaces III.
Si (111) - (7 x 7). Surf. Sci. 15 (1985) 441-479.
(16) Takayanagi K. et al., Structure analysis of the Si (1 11) - (7 x 7) reconstructed surface
by transmission electron diffraction, Surf. Sci. 16 (1985) 367-392.
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
2.3.2. Reconstruction (7 x 7) du plan (1 11) du silicium
La surstructure Si (111) - ( 2 x 1) est métastable et u n recuit à 380 “C conduit
irréversiblement à une surstructure (7 x 7). Cette surstructure s’obtient aussi
normalement après nettoyage d’une face (1 11) de silicium obtenue par coupe et
polissage classiques. I1 n’est pas possible d’entrer dans les détails de la résolution de cette surstructure qui a exigé plus de vingt ans d‘efforts. Les techniques
de réseau réciproque (diffraction d’électrons) étaient dans un premier temps
inadaptées dans la mesure où elles imposaient le traitement de beaucoup trop
d’informations. Des qu’une image dans le réseau direct a pu être obtenue par
STM, le problème a trouvé rapidement une solution qui était très éloignée de tout
ce qu’on avait pu imaginer auparavant.
L a référence(l51 renvoie à des illustrations des modèles successifs. Le dernier
modèle en date, et le plus satisfaisant, est appelé DAS (dimer adatom stacking
fault) (Réf.ll6]) en raison de la présence d’un adatome en surface, de couplage des
atomes de silicium en dimères et d’une faute d’empilement entre deux côtés de la
maille. Cette structure a la particularité de supprimer plus de la moitié des liaisons pendantes (il n’en reste que 19 au lieu des 49 de la maille 7 x 7) et respecte
le plus possible la coordination tétraédrique des atomes de silicium (Fig. 1.1 1). I1
reste encore à bien comprendre la cinétique de cette transition de phase de surface (2 x 1) 4 (7 x 7) et, notamment, à expliquer son irréversibilité.
2.3.3. Reconstruction (I x5) du plan (100) de Pt, Ir, Au
L‘explication de ce type de reconstruction repose d’une part sur les propriétés
d‘anisotropie de y (voir Sect. 1.3.3.) et d’autre part sur l’élasticité (création de
surface par étirement). Ce sont surtout des structures déterminées en LEED qui
ont permis de commencer à comprendre ces reconstructions qui ont pu être
visualisées ensuite en STM. Pour l’iridium, il y a une transformation structurale
du premier ordre (1 x 1) métastable en (1 x 5) hexagonale compacte. Autrement
dit, on a l’homoépitaxie d u n plan (1 11) sur u n substrat (loo), facilitée ici par la
taille de l’atome d’iridium (Fig. 1.12). L’énergie d’activation de cette transition est
de l’ordre de 0,9 eV/at. L’iridium étant u n des éléments possédant la plus forte
tension superficielle, la différence entre y (1 11) et y (100) sera suffisante pour
rendre la surface (111) énergétiquement bien plus stable que la face (100).
puisque le rapport entre y(100) et y ( l l 1 ) est de l’ordre de 1,02.
Le cas du platine ou celui de l’or sont u n peu plus compliqués. On s’aperçoit
en effet que la structure n’est ni rigoureusement (1 x 5). ni toujours la même
d’une partie de l’échantillon à l’autre. On peut expliquer cela, d’une part, par une
reconstruction de type hexagonal (comme dans l’iridium), mais aussi par une
(15) Tromp R.M. et Van Loenen E.J., Ion beam crystallography of silicon surfaces III.
Si (111) - (7 x 7). Surf. Sci. 15 (1985) 441-479.
(16) Takayanagi K. et al., Structure analysis of the Si (1 11) - (7 x 7) reconstructed surface
by transmission electron diffraction, Surf. Sci. 16 (1985) 367-392.