1, 1, 2, 3, 3, 3,
И. Линдау4
1Российский научный центр «Курчатовский институт», Москва
2Шведская национальная лаборатория MAX-lab, Лунд
3Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
4Университет г. Лунд (Швеция)
эволюция электронной структуры Nd1.85Ce0.15CuO4
при травлении ионами Ar+
Методом фотоэлектронной спектромикроскопии исследовались изменения электронной структуры поверхности эпитаксиальных пленок Nd1.85Ce0.15CuO4 (NCCO), связанные с изменением содержания кислорода и модификацией кристаллической структуры при травлении ионами Ar+. Предложен метод очистки поверхности плёнок кислородосодержащих сверхпроводников на основе ионного травления, использование этого метода позволило добиться состояния поверхности плёнок NCCO, характерного для поверхности монокристаллов, сколотых in situ в измерительной камере.
Для исследования плёнок Nd1.85Ce0.15CuO4 (NCCO) методом фотоэлектронной спектроскопии нами был разработан метод очистки поверхности образцов с использованием травления ионами Ar+, который при определённой модификации применим и к другим кислородосодержащим сверхпроводникам. В ходе экспериментов травление происходило в несколько этапов, различающихся энергией и углом падения ионного пучка, с промежуточным отжигом в вакууме либо окислительной атмосфере и регистрацией фотоэлектронных спектров. Целью начального этапа травления было снятие поверхностного дефектного слоя, образовавшегося во время роста плёнки NCCO. В ходе второго этапа травления было необходимо удалить искажённый аморфизованный слой, который формируется при жёстком ионном травлении. После отжига на воздухе (T= 750°С, 30 мин.) и обезгаживания образца в предварительной камере (прогрев при 300°С) была проведена обработка поверхности пленки скользящим пучком ионов Ar+ (угол падения 20°, E = 500 эВ, p = 10-4 мбар, 30 мин) с последующим вакуумным отжигом при T = 560°C, после чего исчезли те особенности спектра, которые мы связываем с наличием примесей, либо с изменением структуры пленки, и в то же время появилась особенность вблизи EF.
На рис. 1 для сравнения приведены фотоэлектронные спектры монокристалла NCCO x = 0.13 и плёнки на различных этапах обработки. Хорошо видно, что жёсткое ионное травление, очищая поверхность, в то же время подавляет особенность в плотности состояний в области EF, которая не восстанавливается при вакуумном отжиге. В то же время дополнительный отжиг в окислительной среде и мягкое травление под скользящим углом в сочетании с вакуумным отжигом позволяет восстановить эту особенность (см. кривая “c” на рисунке). Мы полагаем, что таким образом поверхность исследуемых плёнок можно очистить до состояния, присущего внутренним слоям соединения NCCO.
Эксперименты проводились на линии фотоэлектронной спектромикроскопии BL31 источника СИ Шведской национальной лаборатории MAX-lab
Рис. 1. Фотоэлектронные спектры плёнки NCCO в сравнении со спектром поверхности скола монокристалла NCCO. Слева – вид валентной зоны, справа – область уровня Ферми
a) монокристалл NCCO x = 0.13; b) плёнка NCCO (00l) x = 0.15 после жёсткого ионного травления и отжига в вакууме; c) Та же плёнка после жёсткого травления, отжига на воздухе, мягкого травления для снятия адсорбированного слоя и высокотемпературного вакуумного отжига.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант ).
