Туннельная атомно-силовая микроскопия твердотельных наноструктур

• Автор: Филатов, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 353 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. НАНОКЛАСТЕРЫ Аи НА ПОВЕРХНОСТИ И В ТОЛЩЕ ПЛЁНОК 8Ю2 НА ПОДЛОЖКАХ

1.1. Металлические нанокластеры на поверхности и в диэлектрической матрице: получение и свойства. Обзор литературы

1.1.1. Поверхностные нанокластеры

1.1.2. Нанокластеры в диэлектрических матрицах

1.1.3. Метод туннельной атомно-силовой микроскопии

1.2. Методика эксперимента

1.2.1. Методика формирования нанокластеров Аи в толще и на поверхности плёнок 8Ю

1.2.2. Методика исследования электронных свойств нанокластеров Аи в плёнках 8Ю2/81 методом туннельной АСМ
1.3. Формирование токовых изображений металлических нанокластеров в диэлектрической плёнке
1.4. Кулоновская блокада туннелирования электронов через нанокластеры Аи в плёнках 8Ю
1.4.1. Особенности кулоновской блокады в нанокомпозитных структурах 8Ю2/8Ю2:пс-Аи/8102/л+-81, сформированных различными методами
1.4.2. Влияние модуляции ОПЗ в полупроводниковой подложке на ку-лоновскую блокаду туннелирования
1.4.3. Влияние положения АСМ зонда относительно нанокластера на период кулоновской лестницы
1.5. Резонансное туннелирование через нанокластеры Аи в плёнках 8Ю2
2. САМОФОРМИРУЮЩИЕСЯ КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ И КОЛЬЦА 1п(Оа)А8/С1аА5(001)
2.1. Рост, морфология и электронные свойства гетероструктур с самофор-мирующимися квантовыми точками и кольцами 1п(Оа)А8/ОаАь(001).

Обзор литературы
2.1.1. Рост и морфология самоформирующихся квантовых точек ln(Ga)As/GaAs(001)
2.1.2. Энергетический спектр и оптические свойства гетероструктур In(Ga)As/GaAs(001) с квантовыми точками
2.1.3. Фотоэлектрические свойства гетероструктур InAs/GaAs(001) с квантовыми точками
2.1.4. Приборы на основе гетероструктур с квантовыми точками
2.2. Описание образцов с квантовыми точками и кольцами In(Ga)As/GaAs(001)
2.2.1. Методика выращивания гетероструктур In(Ga)As/GaAs(001) с квантовыми точками методом МОС-гидридной эпитаксии при атмосферном давлении
2.2.2. Морфология квантовых точек InAs/GaAs(001), выращенных методом МОС-гидридной эпитаксии при атмосферном давлении
2.2.3. Формирование квантовых колец InGaAs/GaAs в процессе МОС-гидридной эпитаксии при атмосферном давлении
2.2.4. Исследование морфологии заращенных квантовых точек InAs/GaAs методом атомно-силовой микроскопии в сочетании с жидкостным химическим травлением
2.3. Исследование электронной структуры квантовых точек lnAs/GaAs(001) методом туннельной ACM
2.3.1. Электронные состояния в КТ InAs/GaAs(001)
2.3.2. Дырочные состояния
2.3.3 Спектры фоточувствительности гетероструктур InAs/GaAs(001) с
квантовыми точками
2.4. Исследование электронной структуры квантовых колец InGaAs/GaAs(001)
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР ln(Ga)As/GaAs С КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ И ТОЧКАМИ МЕТОДОМ МИКРОСКОПИИ

СОПРОТИВЛЕНИЯ РАСТЕКАНИЯ НА ПОПЕРЕЧНЫХ СКОЛАХ В
ЗАЩИТНОЙ ЖИДКОЙ СРЕДЕ
ЗЛ. Исследование морфологии, состава, атомной и электронной структуры квантовых ям и точек методом СТМ на поперечных сколах. Обзор литературы
3.2. Методика эксперимента
3.3. Лазерные гетероструктуры InGaP/GaAs/InGaAs
3.4. Гетероструктуры с квантовыми точками InAs/GaAs(001)..
4. САМОФОРМИРУЮЩИЕСЯ ОСТРОВКИ SiGe/Si(001)
4.1. Самоформирующиеся наноостровки SiGe/Si(001): получение и свойства. Обзор литературы
4.1.1. Кремниевая оптоэлектроника
4.1.2. Рост, морфология и состав самоформирующихся наноостровков SiGe/Si(001)
4.1.3. Электронная структура наноостровков SiGe/Si(001).
4.2. Описание образцов для экспериментальных исследований..
4.3. Зависимость морфологии островков SiGe/Si(001), выращенных методом СМЛЭ-ГФЭ, от условий роста
4.4. Зависимость состава и упруго-напряжённого состояния материала самоформирующихся островков SiGe/Si(001) от условий роста
4.4.1. Исследование самоформирующихся островков SiGe/Si(001) методом конфокальной рамановской микроскопии
4.4.2. Локальная рамановская спектроскопия индивидуальных островков SiGe/Si(001)
4.5. Исследование локальной плотности электронных состояний в самоформирующихся островках SiGe/Si(001) методом туннельной атомносиловой микроскопии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

где G - max(Gft G,), G, — туннельная проводимость контакта, Gs — шунтирующая проводимость. Следовательно, необходимо выполнение условия
G « Rgl ,

где Ro = h/Ae ~ 6,45 кОм — квант сопротивления.
Следует отметить, что фоновый заряд на электродах qü может не быть равен нулю и принимать произвольные значения. Заряд q0 может быть обусловлен поляризацией электродов, поляризацией диэлектрической прослойки между электродами, потенциалом дополнительного (третьего) близкорасположенного электрода (затвора) и т. д. В этом случае заряд q в (8) можно записать в виде q = q0 ± Ne {N = 0, 1, ...). Если -е/2 < q < +е/2, прибавление (или, наоборот, убавление) дополнительных электронов увеличивает энергию перехода, и будет энергетически невыгодно. Напротив, при q > е/2, становится выгодным туннелирование электрона через туннельный промежуток. Поскольку напряжение на конденсаторе V — q/C, то в случае - е/2 С < V < + е/2 С туннельный ток в переходе не протекает. Для начала протекания туннельного тока, нужно преодолеть кулоновское отталкивание электронов на противоположном берегу туннельного перехода, для чего необходимо выполнение условия V > Vcb = е/2 С. Указанный эффект и называется кулоновской блокадой туннелирования.
Пусть сила туннельного тока через туннельный переход равна Время накопления заряда в на одном из берегов t = е/1,. После того, как на данном берегу накопится заряд е/2, происходит релаксация посредством туннелирования одиночного электрона. Частота повторения данного процесса составляет 1,/е. Указанные осцилляции туннельного тока получили название одноэлектронных туннельных осцилляций [9]. На основе указанного эффекта могут быть созданы сверхминиатюрные СВЧ генераторы.
Для экспериментального наблюдения кулоновской блокады туннелирования необходимо выполнение условий (10) и (И). Указанные условия