Structural Aspect of Formation of a Nanosystem of In/In₄Se₃ (100)

Self-assembled indium deposition-induced nanostructures are obtained on the UHV cleaved (100) surface of In₄Se₃ layered semiconductor crystals. The small indium-deposition rates and short deposition times are chosen to study growth orientation and origin of nanostructures observed by scanning tunnelling microscopy (STM) on the (100) surface of In₄Se₃ after indium deposition. The shape of these nanostructures strictly depends on the overstoichiometric indium concentration level in the melt during the crystal growth varying from 3D islands for low concentration to elongated shapes, i.e., nanowires, in the case of highly-indium-doped crystals. High-resolution STM study determines the self-assembled quasi-periodical nanowires’ growth along c-axis of (100)In₄Se₃ substrate. The spatially resolved scanning tunnelling spectroscopy (STS) study revealed metallic nature of the surface of nanostructures grown on the semiconductor substrate. The growth mechanism of indium-deposited nanostructures is considered to be powered by anisotropic striated lattice structure of In₄Se₃ (100) surface with indium nucleiin concentration depending on the degree of overstoichiometric crystal-growth indium subsequently intercalated into the interlayer gap.Самоорганизованные индиевые наноструктуры получены на сверхвысоковакуумной поверхности скалывания (100) полупроводникового слоистого кристалла In₄Se₃. Небольшие скорости и длительности напыления индия использовались с целью исследования ростовой ориентации и природы наноструктур на поверхности (100)In₄Se₃, которые изучались с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Форма этих наноструктур непосредственно зависит от концентрации сверхстехиометрического индия в расплаве во время роста кристалла, изменяясь от трёхмерных островков при низкой концентрации до линейных форм, т.е. нанопроводов, в случае сильно легированных индием кристаллов. СТМ з высоким разрешением позволяет установить, что квазипериодические нанопровода растут вдоль оси c кристалла In₄Se₃ на поверхности (100). С помощью сканирующей туннельной спектроскопии с пространственным разрешением установлена металлическая природа поверхностных наноструктур на полупроводниковой подкладке. Установлено, что механизм роста напылённых наноструктур обусловлен бороздчатой структурой решётки на поверхности (100) кристалла In₄Se₃ с наличием в ней зародышей индия в концентрации, зависящей от количества сверхстехиометрического ростового индия, который интеркалируется в межслоевую щель.Самоорганізовані індійові наноструктури одержано на надвисоковакуумній поверхні сколювання (100) напівпровідникового шаруватого кристалу In₄Se₃. Невеликі швидкості та тривалості напорошення індію вибиралися з метою дослідження ростової орієнтації та природи наноструктур на поверхні (100)In₄Se₃, які вивчали за допомогою сканувальної тунельної мікроскопії (СТМ). Форма цих наноструктур безпосередньо залежить від концентрації надстехіометричного індію в розтопі під час вирощування кристалу, змінюючись від тривимірних острівців за низької концентрації до лінійних форм, тобто нанодротів, у випадку сильно леґованих індієм кристалів. СТМ з високим розріжненням уможливлює встановити, що квазиперіодичні нанодроти ростуть вздовж осі c кристалу In₄Se₃ на поверхні (100). За допомогою сканувальної тунельної спектроскопії з просторовим розріжненням встановлено металічну природу поверхневих наноструктур на напівпровідниковій підкладинці. Встановлено, що механізм росту напорошених наноструктур зумовлений борознистою структурою ґратниці на поверхні (100) кристалу In₄Se₃ з наявністю у ній зародків індію у концентрації, яка залежить від кількости надстехіометричного ростового індію, що інтеркалюється у міжшарову щілину

Исследование гетеронаносистем металл–полупроводник NixInSe (0001)

Scanning tunnelling microscopy/spectroscopy (STM/STS) data show that InSe layered crystal intercalated with nickel is a heteronanosystem—InSe layer-packet that alternates with nickel at fine dispersed phase in the interlayer gap. For analysis of the degree of metallicity of cleavage surfaces, an array of STS data obtained in the current imaging tunnelling spectroscopy (CITS) mode is used. By significantly different behaviour of current–voltage curves for metal and semiconductor at localized points of surface analysis on the cleavage within the bias voltages that correspond to the band gap of the semiconductor, the method for the calculation of the relative metal concentration on the cleavage surface is proposed. The constraints for this method of the relative concentration estimates are analysed. As determined, the value of the nickel relative concentration in the interlayer gap for the NixInSe systems can be up to 2%, taking into account features of obtaining of the cleavage surfaces in the layered crystals. To establish the structural characteristics of the nickel, the STM analysis with high spatial resolution is used followed by the 2D FFT filtration and height profiling of image data. The analysis of corresponding revealed periodicities allows revealing formation of the two-dimensional square lattice of nickel on certain nanoscale areas of surface.С помощью методов сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии (СТМ/СТС) установлено, что слоистый кристалл InSe, интеркалированный никелем, является гетеронаносистемой — слой-пакетом InSe, который чередуется с никелем, находящимся в мелкодисперсной фазе в междуслоевой щели. С целью анализа степени «металличности» поверхности скалывания использован массив данных СТС, полученных в режиме CITS (current imaging tunnelling spectroscopy). По существенно различному поведению вольт-амперных кривых для металла и полупроводника в локальных точках анализа на поверхности скалывания, полученных в диапазоне напряжений смещения, которые соответствуют запрещённой зоне полупроводника, предложен метод расчёта относительных концентраций металла на поверхности скалывания. Проанализированы ограничения такого метода оценки относительных концентраций. Установлено, что величина относительной концентрации никеля в междуслоевой щели для систем NixInSe может достигать около 2%, учитывая особенности получения поверхностей скалывания для слоистого кристалла. С целью установления структурных характеристик никеля использован СТМ-анализ с высоким пространственным разрешением с последующей 2D-FFT-фильтрацией и высотным профилированием полученных изображений. Анализ соответствующих периодичностей позволил установить формирование двухмерной квадратной решётки в отдельных наномасштабных областях поверхности.За допомогою метод сканувальної тунельної мікроскопії та спектроскопії (СТМ/СТС) встановлено, що шаруватий кристал InSe, інтеркальований ніклем, представляє собою гетеронаносистему — шар-пакет InSe, який чергується з ніклем, що знаходиться у дрібнодисперсній фазі у міжшаровій щілині. Для аналізи ступеня «металічности» поверхні сколення використано масив даних СТС, одержаних у режимі CITS (current imaging tunnelling spectroscopy). За істотно різною поведінкою вольт-амперних кривих для металу та напівпровідника в локальних точках аналізи на поверхні відколу, одержаних у діяпазоні напруг зміщення, які відповідають забороненій зоні напівпровідника, запропоновано методу обрахунку відносних концентрацій металу на поверхні сколення. Проаналізовано обмеження такої методи оцінювання відносних концентрацій. Встановлено, що величина відносної концентрації ніклю у міжшаровій щілині для систем NixInSe може досягати близько 2%, враховуючи особливості одержання поверхонь сколення для шаруватого кристалу. Для встановлення структурних характеристик ніклю використано СТМ-аналізу з високою просторовою роздільчою здатністю з наступною 2D-FFT-фільтрацією і висотним профілюванням одержаних зображень. Аналіза відповідних періодичностей уможливила виявити формування двовимірної квадратної ґратниці ніклю на окремих наномасштабних ділянках поверхні