Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 35
Текст из файла (страница 35)
см. областюю иа рис. а). а также гвюя кластера Ли с размерами ю(- ! им, а-О,З им (кривая 3) (в) " Наблюдаемый максимум ВАХ вблизи к"=0 можно интерпретировать как сВидстсльстВО суьцсстВОВания локализоваююююых элсктропных состояний в кластсрс с нсрсгулярной (юпсроховатой) структурой. Локализация злсктронов происходит вслсдствис расссяния злсктронов проводимости на случайных неоднородностях юююсрохо- тюю ваго!! ююовсрхности ианокююасюсра . В рамках мсханизма локализации злсктронов в нсупорядочснных системах можно такжс объяснить югаблюдасмос зкспсримсптальпо умсцыпснпс диффсрсююю!иа;юь- ю' ВД.
Ьорхююююю, ! !.В. Ьорююсюююк, О.С. Васильев. М.Л. 1!уюикюююю, В.Н. Т!юоюююююю, Н.В. Троиюююю, В.)!. Троян. 1!.В. Скоролухюовюю. В. )о)юаююваоюю.6 !1ююсьхи в ЖЭТФ т.86 (2007) с.450. 221 ной туннельной проводимости нанокластсров золота при умспыпении их объсма (рпс.5.27) Мстод СТМ/СТС такжс используется для построспия и иссчсдования свойств атомных цспочск на повсрхностях мсгаллов и сплавов1 в частности, для исслсдовапия злсктроппых состояний в цспочках Ац на поверхности %Ап',110) в зависимости от длины цспочки О.9 вз т~ 1 10 Рнс.5.27.
Зависимость днффсрсннпачьпой туннельной проводимости напокластсров Лн. нормированной на опюшснис тока и иапряжспня обратной свяш ( 1, =1 нА, 1'„= 0.1 В ), от объема кластс)та т 1сплоншая .шния соотвстствуст рас- О четной зависимости. постросшюй в рамках модели локализации зясктронов в нсупорядоченных снстсмах].
Заштрпховашгая область отвсчаст наличию локализованных >лсктронных состояшгй на ансрпш Ферми, возникающих при достижении объсма кластсров н . - 0.5 нм' "'" 'с На рис,5.28 Б.С,О,ЕУ показано СТМ-изображснис участка поверхности й1)А1 (9.5х9.5 нм) с цепочками Ац различной длины и измсренныс их диффсрснщгальныс туннсльные ВАХ. Из рисунка видно, что количество хорошо разрешаемых минимумов на диффсренциальных туннельных ВАХ при различных длинах цепочки соотвстствуст числу атомов в пспочкс. Видно, что атомная структура определяет ВАХ прп небольшом количестве атомов л в цепочке (и<5). При и>5 минимумы„отвсчающис отдельным атомам„персстагот разрсшаться, что можст свилстсльствовать о прсобладтпощим влиянии на ВАХ коллсктивизированных электронов. Проведснный авторами анализ показал, что спектр электронов в цспочкс ' " )ч.
% 1 на.М.Т.%а111х.'1~т'.11о Н Яс)спсс 297 (2002) р.!Х53. 222 в этом случае описывается параболической зависимостью, характсрной для свободного элсктронного газа, но с массой, равной половинс массы злсктрона, что. по-видимому, связано с сильными мсжэлектроиными корреляциями в цепочках.
$ й 3 й ва вв 1а 1в аа ал ал ваюмез1а е4м у\ Рис5.23. Смолслироваииав спруктура (Л) и СТМ-илобраьхсиис (9.5~9.5 им) иовсрхиости Н!А)(110) с золотыми цспочками. солсрьхаьзими разиос число атомов (В, С, (), Е, Р) и их лифферсипиальиььс туиисльиыс вольт-ампсриые характсристи- 7 1 ки Гще одним примсром использования метода СТС для исследования эволюции электронных состояний наиообъек!ов является наблюдение псрехода металл-нсмсталл в нанокластсрах мсталлов на повсрхности полупроводников при умспьшснии размсра кластеров. Работы в этой области проводились группой Гудмана (0.%. Стоос1- 72, ли шап) из Техасского университста ' .
Было обнаружено, что в вольт-ампсрных характсристиках нанокластеров ряда благородных мсталлов с умсньшением их размсра появлястся область нулевого тока, интсрпрстирусмая как появлснис эффсктивной «щсли» в плотности электронных состояний. размср которой увеличивается с умсньшснисм размсра кластсра. На рис.5.29, а, б привсдены СТМ- изображснис нанокластсров Ац на повсрхности Т!О (110)-(1х1), а также ВАХ для повсрхности подложки и нанокластсров Ац различного размсра. Зависимость ширины наблюдаемой в туннсльном спектрс «щсли» от размера кластера показана на рис.5.29 в. Как ""' М.
Ъ'а)дсп, Х. $лй, О.'1У. Г)оойпап Ч Ьс1спсс 281 (! 99а) р.1647. ли С:.Хи. ХЛли, 6!.'1т'.ХаЗас, 0.%Х!оойпап Д Рвуа. йсв. В 56 (! 997) р.13464. г2З видно, ноявлснис занрсщсиной зоны в нанокластерах Ан на повсрхности Т)О2(1! О)-(! х1), которос, по видимому, можно интсрпрстировать как нсрсход кластеров в нсмсталлнчсскос состгзянис, наблюдается на размерах -3 нм зз) — 4«ь «,6« 6~ Ь.««ь.н 2.2о «Сг ГВ ьяьЬ 1 О 1ЛО гьь ело оо«ьло 11 ЬО 1.4о о 1.«ьо 1Ь,ЕО Одной из причин нроявлсния повыщегнюго интсрсса к системе нанокластеров Ан на поверхности подложки является их аномально высокая каталитичсская активность. На рис.5.29 г нриведсна зависимость каталитической активности нанокластеров Аи на новсрхности Т)О (110)-(!х1) к окислснию СО нри тсмпературс Т=350 К. Видно, что максимум активности приходится на размср кластсров г(-3 нм, совнадакиций с нерсходом кластеров в неметаллическос состояние.
Однако деталыюго понимания мсханизма каталитической активности нанокластсров в настоящсе врсмя нст. Аналогич- 224 ОЛ ЬЫО 4.О ЬЛ Х.О ИЬЛ О.О 241 441 Озь Х.О Иь.О с1, нм с1, й)и Рис.5.29. (. ТМ-изоор«згксиис (50х50 им) иаиокластсров Аи иа гьовсрхиосги Т102(110) (а): туннслыьыс вольт-ампсрныс хзракгсрисгпки Лля повсрхносз и ТЮ2(110) и кластеров Аи чсьъьрсх различиььх размсров (6): зависимость ширины «оффскгивиойо> запРьииснной зоны Ео (о) и каилн гнчсской гькз износов .1 наиокласгсров Аи лля окислсния СО прн 1=350 К от размера класзсра гг' (с); ° — лвумсриыс кластсры, 0 — зрсхмерныс кластеры высотой 2 атомиых слоя, А — трсхмсриг,ьс к;ьасьсры высотой т(ьи «п*о,ьиьых слоя и больиьс " ные результаты были получены ттькже на системе кластеров Рд 74) Интсрссным эффектом, наблюдаемым методом СТС на системс кластер-подложка, является кулоновская блокада ' . Эффект куло- 741 новской блокады имеет место при пропускании туннельного тока чсрсз проводящий нанокластср, изолированный от проводящей подложки тушьсльно-прозра шым слоем диэлектрика (рис.5.30, а), и проявляется в виде характерных ступенек в туннельной вольтампсрпой характеристике (к)1атьпьзнская лсслньица).
Наличие ступенек обусловлено необходнмостькз преодолеть энсрь сгнчсский барьер, возникающий прн переходе одного электрона на изолированный кластсР и опРсдслЯ(ощийсЯ кУлоновской энсРгисй Ес заРЯжснного кластера. Для сферического кластера радиуса Р эта величина составляет Е . = е~ ь'2тт . Таким образом, эффект кулоьювской блока- ды демонстрирует одноэлектронньш перенос в системе зонд- кластер-подложка. ЬО С О -ьО -Ь.О -Ь О О.О О О О 5 Ь.О Ь.О И Ч,В Рис. 5ЗО. Схсзььььььчсскььс нзображснис сиьлсмы СТМ зонд — наиокластср — подложка с двумя ьуннсльными нс)зсходами для наольодсния зффскьа к)лоиовской блокады (а) и тунььсльпыс воьььт-ампсриыс харакьсристики д;ья ьрсх напокластсров Со размсром З.О нм, З.б нм и 4.1 нм на поверхности Лн(111) с туннельноььрозра пьым слосм Л(ООз толгипной 1-2 нм (ьь).
Размср сгуььсььск кулоновской постницы в ВЛХ опрслслястся размером нанокяастсра '"' На рис.5.30„6 ььривс;(сны туннсльныс ВАХ, илльострнруюп(ис эффект кулоновской блокады для нанокластсров Со с размерами 3.0 нм, 3.5 нм н 4.! пм на поверхности Аи(11!) с тунпсьп*но- 74Ь В.Я. Дсмиховский, Г.Л. Вугььзьз ср. Физика кььььььььаььых назкараззьсрлых сьььтзь.кььььух — Мл Лоьос. 2000. прозрачным слоем А!зОз толщиной 1-2 нм ' . Видно, что увеличеззз нис размера кластера приводит к сужению горизонтальной ступеньки ВАХ вблизи нулевого напряжения, что соответствует уменьшению кулоновской энергии Е, Туннельныс ВАХ позволя- ют также определить емкости туннельных переходов зонд-кластер и кластер-подложка и оценить время жизни заряда в нанокластсрс.
ах аз аэь е~ Ф ° ф ° е~ ° 1а1 ° Э г. Ф О кз а4 вл кз й, нм ° ° ° ° Рис. 5.31. Изображсиия эзовсрхиосп» Т(Оз(110) с наиокластсрамн Лн, иолучсииыс мстодом Сткз в тоиоэ рафичсском рсххнмс (и) и в рсжимс измсрсния работы выхода (б); зксисрнмсизальиыс завиглгмости разности работ выхода иаиокластсра Ли и иолложки ТЮз(110) сз, — багз (в) и зффскгивной ширины заирсшсиной зонги г'".
в иаиокласзсрс Ли (, ) от высоз ы кластсра гг, иолучсииыс хзстгэдохг СТС. С грслками на )эисуиках а и б огмсчсны наиокласгсры Возможности метода СТМIСТС для определения локальной работь( выхода можно проиллюстрировать на примере результатов эгв 11. ()гаГ, ).
'з'аиссгз, Н. 1(ойизаи д Лрр!. Р)зуа. 1 си. 80 (2002) р.(264. 226 га ! баэз зя Щ„ ° Ф Э ~ ° ° ° ° ° ° аЪ ° ° ° ° — — ..ю-в -меаееыъ.— х-.г псслсдовання напокластеров Ац на поверхности Т!О (110) "'. На рис.5.3! прнвсдсны изображения повсрхиости Т1Оз(110) с нанокластсраыи Аи. Иолучсннь1с методом СТМ в топографичсском режиме (контраст изображсния определяется измснснисм высоты) и в рсжимс измерения работы выхода (контраст изображения опрсдслясгся всличи1юй локгц1ьной 1ъаооть1 ВВ1хода).
В результате анализа полученных данных было обнаружено сущсствованис корреляции вьюоты И1И1окластсров со значсш1см их раООты Въ|хода, 1гричсы разница рао01 Выхода кластср11 и 1юдложки (Р,„— (Дтк1 мснаст знак ИРи значении высоты кластеРа Ь-0.4 нм (сы. рис.5.3!. а). Такая смена знака означаст, что вслсдствис псрсноса заряда между кластером и подложкой кластеры Ац высотой 11 0.4 нм заряжены отрицатсльно. а при 6<0.4 нм — положитслыю. Примечательным является тот факг„что значснис Ь-0.4 им соответствует высоте кластера Ац„при которой наблюдается появление эффективной энсргстичсской щсли Ея в тушгсльных ВАХ (см, рис.5.31„6), т.с.
Соотвстствусг возможному переходу кластсров Ан в нсмсталличсскос состоянис. Исследование влияния вакуумного от'кига на морфологию и электрические свойства сверхтонких слоев Н101 методами АСМ и СТМ Одной из особенностей группы методов СЗМ является возможность одноврсмснного измерения нескольких характеристик поверхностного слоя образца в процессе сканирования. Так, в контактном режиме атомно-силовой микроскопии использованис мсталлизировашюго зонда позволяст одноврсмсию с морфологией повсрхности измерять туинсльный ток, н„таким образом, определять сопротивление растскания. Эта методика была использована в исслсдОВаниЯх %1иЯИИЯ Отжига тонкоплщючных слосВ Н102 (тОлщина -3 нм) на поверхности кремния в сверхвысоком вакуумс на их морфолог111О и элсктричсскис свойства, проведенных в Научно- образовательном центре «Физика твсрдотсльных нанострукзур» Нижегородского государственного унивсрситста.тп '"' У.Маада.
М.ОЬппага. Б.таа1Ьо1а. М. Ковуаша. М. Напяа д Арр1.БагГБС1. 222 (2004) р,409. '" А.В. Зсиксвич, Д.А.Антонов. Частное сообщсиис. 6 г Рис. 5З2. Тоиографиисскис (а, в) и гоковыс (а,, ) АСМ-изображсиия плснки И И~ толщиной 3 им на иовсркносги Й лазя исколиого образца (и, б) и образна, отожжснного в вакууме при Т = 500~С в тсиснис б ъиш (и,, ). !Ьиьряжснис мсжау образном и зоилом Г = -4 В, размер скаиа ЗОО»ЗОО ии. Огжиг ириволиз к иоянлсишо ~осковыя каналов» в илснкс.
$!тшбясвкя с любсзпосо рсюзрсиюаю Д.А. Анвигиови и А.В. Зсиксвияи. На рис. 5.32, а иредставлсио АСМ изображение морфологии повсрхности исходной плсики (размср скана 300к300 им). Полученнос одноврсмсш о токовое изображснис того жс участка поверхности (см. рис.5.32, 6) свидетельствует о том, что исходная пленка оксида гафпия является туиисльцо цспрозрачпой при напряжениях между зондом и образцом до -бз В. На рис.5.5.!5в показаны тоцографичсскос и токовое изображения повсрхности плсики лослс отжига образца в СВВ при Т = 500'С в тсчсние 5 мии. Как видно, отжиг приводит к формироваии)о каналов туинелирования в цлеикс в некоторых областях по поверхности образца (тсмиыс области иа рис.5.32, г), расположснис которых цс коррелирует с морфологией поверхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
