ELLIPSOMETRIC STUDY OF THE CLEAVED GERMANIUM (111) SURFACE AS A FUNCTION OF TEMPERATURE

Résumé
La méthode ellipsométrique, relativement facile à utiliser, est très sensible à toute modification et perturbation pouvant se produire sur une surface cristalline. Dans le cas des semiconducteurs (Ge,Si), la perturbation de la surface peut avoir différentes origines. Typiquement, les effets de température conduisent à des modifications de structure de surface (reconstruction) de Ge (111) 2 x 8 (ou Si (111) 7 x 7). Nous avons étudié optiquement la transition de surface 2 x 1 → 2 x 8 du Germanium en fonction de la température (300 K<T<700 K). D'une part, nous avons montré que la variation avec la température de l'énergie de la bande interdite E_g a une forte influence sur les constantes optiques de surface des semiconducteurs. Le bon accord entre les mesures ellipsométriques effectuées en fonction de la température et celles obtenues par ailleurs à longueur d'onde variable, montre que les transitions optiques correspondent aux mêmes bandes d'énergie dans le domaine de température considéré. D'autre part, des mesures optiques fines concernant la transition 2 x 1 → 2 x 8 ont été interprétées en fonction de la modification de la constante diélectrique d'une couche de transition. Cette variation, transposée à la conductivité électrique de surface, a été comparée à la variation déterminée lors de mesures électriques statiques.

Abstract
The ellipsometric method, relatively easy to handle, is very sensitive to any modification and perturbation which may occur on a crystalline surface. In the case of semiconductors (Ge, Si), the surface perturbation may have different origins. Typically, temperature effects lead to surface structural modifications (reconstruction) of Ge (111) 2 x 8 (or Si (111) 7 x 7). We have studied optically the 2 x 1 → 2 x 8 surface transition of Germanium as a function of temperature (300 K<T<700 K). On the one hand we have shown that the variation with temperature of the Gap energy E_g has strong influence on the surface optical constants of the semiconductors. The good agreement between the ellipsometric measurements performed as a function of temperature and those obtained elsewhere with variable wavelengths show that the optical transitions give the same energy bands in the temperature domain investigated. On the other hand fine optical measurements concerning the 2 x 1 → 2 x 8 transition have been interpreted in terms of the modification of the dielectric constant of a transition layer. This variation transposed to surface electrical conductivity has been compared with the variation determined upon static electrical measurements.