Особенности локальной проводимости и спектральной плотности туннельного тока в полупроводниковых наноструктурах при наличии примесных состояний

• Автор: Манцевич, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

§ 1.1 Основы сканирующей туннельный микроскопии/спектроскопии . 16 § 1.2 Исследование низкочастотной составляющей спектральной

плотности туннельного тока вида 1 //“

§ 1.3 Изучение локальной плотности состояний в присутствии

примесных атомов и дефектов поверхности

§ 1.4 Атомарно-чистая поверхность скола (110) полупроводниковых

соединений типа Л3Л5

§ 1.5 Краткие выводы

Глава 2. Исследование низкочастотной составляющей
спектральной плотности туннельного тока вида 1//“ на поверхности скола кристалла InAs (110) методом СТМ/СТС
§ 2.1 Экспериментальная установка
§ 2.2 Методы получения чистой поверхности (110)
§ 2.3 Система для скалывания образцов in situ
§ 2.4 Результаты эксперимента
§ 2.5 Краткие выводы
Глава 3. Теоретическое исследование низкочастотной
составляющей спектральной плотности туннельного тока вида 1//“ при туннелировании через зарядовые локализованные состояния
§ 3.1 Формирование низкочастотных сингулярных особенностей в спектре туннельного тока при туннелировании через одно зарядовое локализованное состояние в области туннельного контакта

§ 3.2 Формирование низкочастотных сингулярных особенностей в спектре туннельного тока при туннелировании через два зарядовых локализованных состояния в области туннельного
контакта
§ 3.3 Сопоставление теоретических расчетов с результатами
эксперимента
§ 3.4 Краткие выводы
Глава 4. Теоретическое исследование спектральной плотности туннельного тока в широком диапазоне частот при туннелировании через два зарядовых локализованных состояния
§ 4.1 Формирование высокочастотных сингулярных особенностей в спектре туннельного тока при туннелировании через зарядовые
локализованные состояния
§ 4.2 Сдвиг низкочастотной сингулярной особенности в спектре туннельного тока в высокочастотную область при туннелировании через зарядовые локализованные состояния . 100 § 4.3 Краткие выводы
Глава 5. Исследование пространственного распределения локальной плотности на поверхности
полупроводниковых кристаллов в присутствии локализованных состояний
§ 5.1 Изменение локальной плотности поверхностных состояний под действием локализованного состояния, образованного
примесным атомом
§ 5.2 Туннельная спектроскопия в окрестности примесных атомов . 123 § 5.3 Влияние потенциала доменной стенки, на локальную плотность
поверхностных состояний
§ 5.4 Краткие выводы
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы диссертации. В настоящее время одним из наиболее развивающихся и передовых разделов науки является исследование физических процессов, происходящих в микро- и наноструктурах и системах с пониженной размерностью, в том числе и процессов, происходящих на поверхности. Туннельные явления в полупроводниковых и металлических микро- и наноструктурах являются объектом интенсивных теоретических и экспериментальных исследований в течение нескольких десятилетий [1]. Благодаря исследованиям, проводимым в этой области, был сделан большой вклад в развитие современной микро- и наноэлектроники, основанной на использовании эффектов изменения локальной электронной структуры вблизи примесных атомов и дефектов.
В настоящее время в связи с постоянным уменьшением размеров базовых элементов в твердотельной наноэлектронике, принципы работы которых основаны на эффектах изменения локальной плотности состояний вблизи поверхностей раздела или же связанных с наличием примесных атомов или дефектов, встает фундаментальная проблема влияния зарядовых локализованных состояний, образованных низкоразмерными структурами на поверхности элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений, на туннельные процессы. С уменьшением размеров области туннельного контакта и понижением размерности исследуемых систем зарядовые локализованные состояния, образованные примесными атомами или дефектами кристаллической решетки, значительно влияют на кинетические и статистические свойства туннельных характеристик системы, а также приводят к изменению ее спектра и плотности состояний.
Наличие локализованных состояний в области контакта и их взаимодействие с состояниями непрерывного спектра в берегах туннельного контакта может приводить к сильному искажению невозмущенной плотности состояний исследуемой системы, так как радиус локализации примесных состояний становится сопоставимым как с

групп периодической системы Менделеева (соединения А3-В5) имеют кристаллическую решетку типа цинковой обманки. Данная решетка, показанная на рис. 1.1 а, может быть представлена как две вставленные друг в друга гранецентрированные кубические решетки, смещенные друг относительно друга на четверть периода решетки. Каждый атом, помещенный в центре правильного тетраэдра, окружен четырьмя атомами другого элемента, расположенными в его вершинах. Два соседних тетраэдра ориентированы таким образом, что базисный треугольник одного из них повернут на 60° относительно соответствующего базисного треугольника другого (рис. 1.2).
Решетка данного типа обладает двухточечным базисом (рис. 1.1 а). Связи в решетке соединения А3В5 описываются зрЗ-гибридизованньши орбиталями. Однако, в отличие от чисто ковалентного характера связи в элементах четвертой группы периодической системы Менделеева в соединениях АзВ5 существует перенос заряда от одного атома к другому, из чего следует наличие ионной компоненты в связях. Это приводит к полярности кристаллографических граней (111) и (100). Поверхность (110) неполярна и содержит равное число анионов (Ав, Р, ЭЬ) и катионов (1п, Са). Полупроводниковый кристалл легко скалывается вдоль неполярной плоскости (110) (рис. 1.1 б).
Рис. 1.2. Ориентация базисных треугольников относительно друг друга.
Скол вдоль атомарной плоскости (110) можно объяснить частичной ионностыо связей в соединениях Л3Д5. Каждый атом получаемой в результате скола поверхности имеет одну связь со следующим ниже расположенным слоем атомов. Две связи расположены в поверхностной плоскости по направлению к двум ближайшим атомам, а четвертая связь свободна. Таким образом, скол приводит к образованию двух оборванных связей в каждой элементарной ячейке поверхности. Две оборванные связи гибридизуются и оказываются локализованными вблизи аниона, оставляя