Низкотемпературная туннельная спектроскопия и сканирующая туннельная микроскопия халькогенидов свинца

• Автор: Рыков, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 144 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава I. Туннельная спектроскопия теллурида свинца с использованием
планарных МДП контактов
1.1. Основы метода туннельной спектроскопии полупроводников
1.2. Общие особенности вольтамперных характеристик туннельных МДП контактов
1.3. Туннельная спектроскопия теллурида свинца в квантующем магнитном
поле
1.3.1. Туннельная спектроскопия объемного зонного спектра теллурида
свинца
1.3.2. Исследование анизотропии изоэнергетических поверхностей
1.3.3. Туннельная спектроскопия двумерных поверхностных подзон
1.4. Выводы 48 Глава И. Туннельная спектроскопия резонансных примесных состояний
таллия и индия в теллуриде свинца
2.1. Туннельная спектроскопия теллурида свинца, легированного таллием
2.2. Туннельная спектроскопия теллурида свинца, легированного индием
2.2.1. Особенности вольтамперных характеристик туннельных МДП
структур на основе РЬТе<1п>
2.2.2. Особенности дифференциальных характеристик туннельных МДП структур на основе РЬТе<1п>
2.2.3. Туннельная спектроскопия МДП структур на основе РЬТе<1л> в квантующих магнитных полях
2.3. Выводы 86 Глава III. Сканирующая туннельная микроскопия и локальная туннельная
спектроскопия халькогенидов свинца
3.1. Конструкции низкотемпературных сканирующих туннельных
микроскопов

3.2. СТМ исследования объемных монокристаллов и тонких пленок РЬТе<Іп>
3.2.1. СТМ исследования кристаллов РЬТе<Іп>
3.2.2. Локальная туннельная спектроскопия кристаллов РЬТе<1п>
3.2.3. СТМ и ЛТС исследования тонких пленок РЬТе<1п>
3.3. СТМ и ЛТС исследования эпитаксиальных тонких пленок РЬ8е<С1>
3.4. Модификация поверхности монокристаллов РЬТе с помощью СТМ
3.5. Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Исследование энергетического спектра электронов в кристаллах было и остается одной из актуальных задач физики полупроводников. На основе адекватных и детальных представлений об энергетическом распределении электронной плотности для зонных, примесных и поверхностных состояний возможны целенаправленная разработка новых эффективных методов получения материалов с заданными свойствами, улучшение характеристик приборов и поиск новых технических применений. С другой стороны, уменьшение характерных размеров отдельных структурных элементов современной твердотельной электроники вплоть до величин нанометрового масштаба требует изучения пространственного распределения электронной плотности при субмикронном разрешении.
К числу наиболее перспективных методов экспериментального исследования электронного спектра в полупроводниках следует отнести метод, основанный на изучении туннельного эффекта в структурах металл - диэлектрик - полупроводник (МДП контактах). Туннельные МДП контакты могут быть созданы в исполнении планарном и точечном (в геометрии сканирующего туннельного микроскопа). Оба типа контактов имеют свои достоинства и их применение к изучению одного и того же объекта дают уникальную возможность детального изучения как энергетического, так и пространственного распределения электронной плотности. Исследуя детали вольтамперных характеристик (ВАХ) планарных туннельных МДП структур, можно с высоким энергетических разрешением получить информацию об особенностях плотности электронных состояний (например, положение примесных и поверхностных уровней), о спектрах различных возбуждений (фононов, магнонов и т.д.). Проведение измерений в квантующих магнитных полях позволяет получить прямые количественные данные о законе дисперсии носителей и их эффективной массе в широком интервале энергий. Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), в основе действия которого лежит точечный туннельный контакт металлической иглы с поверхностью проводящего образца (полупроводника или металла), дает возможность с максимально достижимым в настоящее время пространственным

экспериментальная зависимость сечения в у от энергии, отсчитанной от дна зоны проводимости. Эта зависимость отражает закон дисперсии электронов в зоне проводимости в значительном интервале энергии 0< Е < 0.15 эВ и получена, в отличие от эффекта Шубникова - де Гааза, - стоит еще раз на это указать - не на серии образцов разного состава, а на одном образце, в одном цикле измерений. Отметим также, мы получили прямую информацию о пустой зоне проводимости - данные получены для кристалла р-РЬТе. Как видно из рис. 1.9, зона проводимости в РЬТе характеризуется непараболическим законом дисперсии.
Этот эффект проявляется еще более ярко, если рассматривать энергетическую зависимость циклотронной эффективной массы тс. По определению [11]:
П2 с1Б П2 с/Е

с 2л йЕ 2л <ДеУ)
На рис. 1.10 представлена энергетическая зависимость циклотронной эффективной
массы в зоне проводимости РЬТе при Н II [100], полученная численным
дифференцированием кривой Е(Е) (рис. 1.9), которая прямо свидетельствует о
непараболичности зоны проводимости. До энергии ~ 80 мэВ непараболичность
хорошо описывается двухзонной моделью типа Кейна [10], выше - выражена сильнее.
К настоящему времени разработано достаточно много методов изучения законов дисперсии носителей в зонах, анализ возможностей их использования в конкретных случаях проведен, например, в монографии [11]. Метод туннельной спектроскопии в квантующем магнитном поле является новым, информация законе дисперсии электронов в зоне проводимости РЬТе получена с его помощью впервые. В этой связи представляется интересным сравнить полученные нами
экспериментальные результаты с теоретическими моделями закона дисперсии.
В теллуриде свинца абсолютные экстремумы зоны проводимости и валентной зоны расположены в Г точке зоны Бриллюена [10]. Кроме этих зон в точке Ь существует группа еще из четырех зон, отдаленных друг от друга и от абсолютных экстремумов зазорами АЕ ~ 1 эВ. Другие зоны отделены от данной группы из шести зон значительно большими промежутками. Формирование зон вблизи их экстремумов