Локальная диагностика объектов микро-, нано- и оптоэлектроники в вакууме, газе и жидкости методами сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии

• Автор: Голубок, Александр Олегович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 63 с. : ил.; 20х15 см

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
2 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
2.1. Инструментальные и методические основы СТМ
2.1.1.Диагностические возможности СТМ—метода
2.1,2.0бщие замечания о конструкции физического узла
2.1.3. Узел микросканнрования
2.1.4. Узел сближения зонда и образца
2.1.5. Аппаратные средства
2.1.6. Программное обеспечение, режимы СТМ-эксперимента
2.1.7. Диагностика физического узла СТМ
2.1.7.1.Калибровка узла микросканирования
2.1.7.2. Калибровка узла ближения
2.1.7Д.Измерение термодрейфа
2.1.7.4. Измерение собственной резонансной частоты физического узла
2.2. СТМ-эксперимент при атмосферном давлении
2.2.1,Общие замечания
2.2.2. Конструкции физических узлов
2.2.2.1.Акгивная компенсация термодрейфа
2.2.3. Исследование наноструктур, образующихся в процессе самоорганизации
на поверхности полупроводников при молекулярно-пучковой эпитаксии
2.2.4. Исследование алмазоподобных пленок, легированных медью
2.2.5. Визуализация пленок Лэнгмюра-Блоджетг, модифицированных
молекулами грамицидииа-А
2.2.6. Визуализация полипептидиых комплексов в фотосинтетических мембранах
2.3. СТМ-эксперимент в условиях сверхвысокого вакуума
2-3.1. Особенности сверхвысоковакуумного эксперимента
2-3.2. Конструкция физического узла_
2.3.3. Визуализация поверхности кристалла СаАз :
2-3.4. Методика формирования и диагностики зонда в условиях сверхвысокого вакуума
2.4. Объединение методов сканирующей туннельной и растровой электронной микроскопии :
2.4.1. Преимущества я проблемы совмещения СТМ-РЭМ
2.4.2. Конструкция СТМ-присгавки к РЭМ ;
2.5. СТМ-эксперимент при криогенных температурах
2.5.1.0бщие замечания
2.5.2. Комтрукции физических узлов
2.5.3. Локальная туннельная спектроскопия высокотемпературных сверхпроводников! Ва 2Сп зОт)
2.5.4. Локальная туннельная спектроскопия узкозонных полупроводников (п-РЬТе)
2.5.5. Одноэлекгронные эффекты в низкотемпературных локальных
туннельных спектрах
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
4. ПУБЛИКАЦИИ

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Развитие микро-, нано- и оптоэлекгроники связано с физикой наномасштабов и с переходом к системам пониженной двух-, одно- и шазинупьмерной размерности. При этом, на одно из первых мест выходят эксперименты с моно- и субмонослойными атомными и молекулярными гээямн, атомными кластерами, одиночными молекулами и молекулярными структурами, а "одноэлектронные" явления рассматриваются в перспективе ках «скова функционирования элементов наноэлектроники. Принципиально иисной становится информация о структуре и свойствах материалов и объектов дахро-, нано- и оптоэлекгроники, полученная с использованием агностических методов высокого пространственного разрешения. Существует несколько возможных путей развития диагностических методов. Шь-первых, - это повышение пространственного разрешения и чувствительности традиционных "пучковых" методов на основе сфокусированных Пучков частиц и излучений. Во-вторых, - это использование «равнительно новых "зондовых" методов, в основе которых лежит взаимодействие твердотельного нанозонда с объектом исследования при оерхмалом расстоянии между ними. И, наконец, в-третьих, - это объединение кимуществ "пучковых" и "зондовых" методов в единой "комбинированной" дагаостической методике. Следует отметить, что история развития 'лучковых" методов диагностики достаточно богата, и на этом пути во многих гаучаях уже найдены оптимальные инструментальные и методические решения. "Зондовые" и "комбинированные” методы прошли более короткий суть развития, поэтому многие вопросы инструментального и методического характера ждут своего решения. Актуальность данной работы обусловлена эяумя причинами. Во-первых, в ней проведены исследования перспективных трех-, двух-, одно и квазинульмерных объектов микро-, нано- и авгоэлектроники, среди которых высокотемпературные сверхпроводники со структурой керамик, кристаллов и пленок, представляющие интерес в связи с вскрывающейся возможностью использовать явление сверхпроводимости в устройствах микроэлектроники при температуре выше температуры жидкого гзога, алмазоцодобные пленки, перспективы использования которых, гакзываюг с низким порогом электронной эмиссии и возможностью управления »широком диапазоне их электрофизическими свойствами за счет легирования «галлами, узкозонные полупроводники, используемые в детекторах ИК-далазона, полупроводниковые наноструктуры в однослойных и многослойных шлемах, образующиеся в процессе самоорганизации при молекулярно-гучковой эпитаксии и являющиеся основой для создания твердотельных лазеров нового поколения на ансамблях квантовых проволок и квантовых щчек, пленки Лэнгмюра-Бподжетт, модифицированные молекулами и явзтекулярными комплексами, интерес к которым вызван возможностью шзетрирования биокомпонентов и элементов микроэлектроники с целью гаадания новых сенсорных устройств и устройств оптической памяти. Во-юярых, в работе развита "зондовая" методика сканирующей туннельной змфосхошш и спектроскопии (СТМУС) и "комбинированная" методика, абвединяющая преимущества "пучковых" и "зондовых" методов для »Едедования объектов микро-, нано- и оптоэлекгроники в вакууме, газе и аищкости, в том числе криогенной.
ІОвОпи
Рис.14. СТМ- изображения участков поверхности после осаждения 20 слоев ІпАл на СаАв(ЮО). У—700врВ, 1— 0.03 нА. а) режим СМСЭ (2сек.) еицинаяьная подложка (/), площадь сканирования 2100X2100 нм; б) - фрагмент изображения (а) с площадью 1000X1000 нм.
Рис.15. СТМ- изображения участков поверхности после осаждения 20 слоев 1пАв на СаАв (100), режим СМСЭ(2сек) сингулярная подложка, У=700мВ, 1=0.03 нА.
а) площадь сканирования 1800X1800 нм, внизу приведено поперечное сечение изображения вдоль направления указанного на рисунке; б) фрагмент изображения (а) с площадью 700X700 нм