ВКР: Исследование структуры и роста нанопроводов иридия на поверхности германия

Введение
Первые ЭВМ были размером с большую комнату, весили тонну и могли оперировать с двумя цифрами в секунду. С появлением чипов и транзисторов компьютерная технология значительно улучшилась, и в 1969 году 32 кг Apollo Guidance Computer позволил доставить человека на луну, несмотря на то что памяти у него хватало только для сохранения шекспировского Гамлета. Современные компьютеры могут моделировать виртуальную реальность и помогают нам в повседневной жизни, при этом помещаясь в кармане. И это далеко не предел. Нанотехнология позволит создать компьютеры состоящие из структурных элементов размером в несколько атомов. Несмотря на все технологическое развитие, одна вещь осталась неизменной – нам нужны ток и провода. Даже если миллиарды нанопроводов поместятся на чипе размером с почтовую марку, а электроны, которые проводят сигналы можно будет считать с точностью до одного, принцип останется прежним. Только теперь физика электронов поменяется радикально, когда мы будем иметь дело со структурами наноразмеров. Для создания большого числа металлических нанопроводов на поверхности кристалла в последние годы широко используются эффекты самоорганизации и самоупорядочения при эпитаксиальном росте. Практически идеальные линейные цепочки из атомов 5d-переходных металлов Au, Pt и Ir формируются на поверхности полупроводников. Подобные атомные структуры являются довольно стабильными, что делает их привлекательными для промышленного производства. Таким образом, получение и исследование структурных свойств металлических нанопроводов является одной из актуальнейших задач в настоящее время. Настоящая работа посвящена изучению структурных свойств нанопроводов иридия на поверхности германия. Структурные характеристики были определены при помощи сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) и были сопоставлены с результатами расчетов, произведенных в рамках теории функционала электронной плотности.

Глава 1 Современные теоретические и экспериментальные методы исследования одномерных металлических структур на поверхности полупроводников
1.1 Методы создания наноструктур на поверхности полупроводников
Методика создания наноструктур на поверхности полупроводников состоит из нескольких этапов. ∙ На первом – образцы полупроводника очищаются Ar ионным распылением и отжигом при высокой температуре [1]. Поверхность образцов после нескольких повторений цикла очистки становится хорошо упорядоченной структурой. ∙ Далее напыляют исследуемый элемент на поверхность полупроводника при комнатной температуре. Напыляемый металл выпаривают при помощи вольфрамовой проволоки, вокруг которой обвернута металлическая проволока с низким содержанием примеси (0,005). ∙ После осаждения металла образец отжигают при высокой температуре в течение нескольких минут, а затем охлаждают до комнатной температуры. ∙ На последнем этапе образец помещают в сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) для дальнейших исследований. 2 Такой подход был использован для формирования металлических наноструктур на поверхности полупроводников, для таких систем как: Bi/Si(001) [2], Pt/Ge(001) [3], Ir/Ge(001) [1], Au/Ge(001) [4].
1.2 Сканирующая туннельная микроскопия
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) (рисунок 1.1) состоит из иглы с атомноострым металлическим наконечником в общем случае из вольфрама или платино-иридиевого сплава, иногда используется золото, а с недавних пор и углеродные нанотрубки [5]. Этот наконечник подносят очень близко к поверхности, расстояние 1 нм (10−9 м), а затем сканируют поверхность, измеряя туннельный ток (сопротивление). Так как кончик иглы физически не касается поверхности, существует вакуумный барьер между иглой и поверхностью. Классически, частица с энергией меньшей пороговой не сможет перейти от кончика к поверхности: в квантовой механике, однако, это становится возможным через механизм, называемый туннельным эффектом. Вероятность туннелирования электрона с энергией через прямоугольный барьер высотой с шириной