Электронный транспорт в разветвленных нитевидных нанокристаллах InAs (1105300), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Показано, что выращенные таким методом разветвленные нитевидныенанокристаллы имеет гексагональную кристаллическую структуру, а ответвленияэтих нанокристаллов растут перпендикулярно основным нанокристаллам вкристаллографических направлениях <-1100>, продолжая их кристаллическуюструктуру.Описаналабораторнаяметодикаизготовленияэлектрическихконтактов к нитевидным нанокристаллам, а также лабораторная методикасовмещения с точностью выше 20 нм тонкопленочных контактных проводов,формируемых с помощью электронной литографии, с наноструктурами.
Такжепредставлена методика исследования электрофизических свойств нитевидныхнанокристаллов InAs и электронного транспорта в разветвленных нитевидныхнанокристаллах InAs.13Рис. 1. Разветвленный нитевидный нанокристалл InAs с изготовленнымитонкопленочнымиконтактнымипроводамиисхемаегоподключениякнитевиднымдля измерения напряжения.Втретьейглаве(Электрическиеконтактынанокристаллам InAs), описаны исследования, проведенные для разработкиметодикиизготовлениявоспроизводимыхомическихконтактовкиндивидуальным нитевидным нанокристаллам InAs с диаметром от 40 до 100 нмприминимальномнанокристаллов.травленииТакжеописаныполупроводниковогохарактеристикиматериалаполученныхтакихконтактныхсоединений.
Третья глава состоит из трех частей.Как показали предыдущие исследования [15], уровень Ферми на поверхностинитевидных нанокристаллов InAs зафиксирован в зоне проводимости, поэтомутеоретически любой металл может образовать с ними омический контакт.На практике слой естественного оксида на поверхности InAs не позволяетсформировать омический контакт без предварительного удаления слоя оксида споверхности [15]. Обработка поверхности InAs в водном растворе (NH4)2Sx14(полисульфида аммония) одновременно обеспечивает удаление материала споверхности и пассивацию обработанной поверхности атомами серы.
При такойобработке происходит травление как естественных оксидов, образующихся наповерхности InAs на воздухе, так и полупроводникового материала [16].Пассивация атомами серы предотвращает повторное окисление обработаннойповерхности полупроводника [16]. Обработка нитевидных нанокристаллов InAs врастворе полисульфида аммония часто приводит к существенному уменьшениюдиаметра нитевидного нанокристалла, в то время как удаление даже очень тонкогослоя полупроводника, толщиной всего несколько нанометров, в этом случаеможет оказать существенное влияние на электрофизические свойства нитевидныхнанокристаллов.
Обработка поверхности нитевидных нанокристаллов в раствореполисульфида аммония оказалось одним из наиболее критичных процессов приизготовлении электрических контактов к нитевидным нанокристаллам InAs.При неверной обработке контактное сопротивление оказывается недопустимобольшим либо из-за слоя диэлектрика, не удаленного с поверхности нитевидногонанокристалла, либо из-за уменьшения диаметра нитевидного нанокристалла.В первой части третьей главы описана оптимизация процесса обработкиповерхности нитевидных нанокристаллов InAs в водных растворах (NH4)2Sx сцелью создания омических контактов. Показана принципиальная возможностьизготовлениянадежныхвоспроизводимыхомическихконтактовкиндивидуальным нитевидным нанокристаллам InAs при минимальном травленииполупроводникового материала таких нанокристаллов.
Описаны две методикиизготовления электрических контактов, представлены результаты измеренийсопротивлений нитевидных нанокристаллов, обработанных такими методами.Первая из представленных методик основана на использовании ограниченной повремени обработки поверхности нитевидного нанокристалла в водном раствореполисульфида аммония.
Вторая методика, предложенная в данной работе,основана на самоостанавливающейся обработке поверхности в водном раствореполисульфида аммония.15Результаты экспериментов показывают, что оптимизированный процессобработки в сильно разбавленном (≤ 2 %) водном растворе полисульфидааммония, насыщенного серой, при 65 °C ведет к самоостанавливающейсяобработке. Такая самоостанавливающаяся обработка позволяет контролируемымобразом убирать тонкий слой материала с поверхности полупроводника споследующейпассивациейизготовленииомическихэтойповерхности,контактовкчтонитевиднымособенноважнонанокристалламприInAs.Время обработки нитевидных нанокристаллов в ходе оптимизированнойсамоостанавливающейся обработки было установлено равным 30 мин. Это времяменьше, но сравнимо со временем разложения сильно разбавленного раствора,300 мин.
По этой причине самоостановка процесса пассивации может бытьвызвана, по крайней мере отчасти, процессом разложения раствора во времяобработки. Наблюдения показали, что стабильность раствора, а по этой причинестабильность обработки нитевидных нанокристаллов, зависят от объема раствораи площади свободной поверхности раствора.Во второй части третьей главы представлены результаты изученияхарактеристик полученных электрических контактов. В этой части показано, чтоулучшение свойств контактных соединений нанокристаллов с металлическимиконтактами достигается созданием условий, исключающих возникновениепрослойки естественного оксида на границе между металлом и кристаллическимматериалом:хранениенитевидныхнанокристалловсосформированнымиконтактами в вакууме или инертной атмосфере не вызывает деградации контактовв отличие от хранения нитевидных нанокристаллов на воздухе.
Показано, чтонебольшие изменения (флуктуации) сопротивления индивидуальных нитевидныхнанокристаллов во времени, обнаруженные при хранении образцов в вакууме илиинертнойатмосфере,происхождениетакихявляютсяфлуктуаций.обратимыми.ОценкаОбсуждаетсяконтактноговозможноесопротивления,приведенного к единице площади, показала, что для изготовленных таким образомомических контактов величина электросопротивления не превышает 10-6 Омּсм2,16что является типичным для электрических контактов к объемным образцамInAs [17].Третья часть завершает третью главу формулировкой выводов, сделанных наосновании результатов, представленных в данной главе.
Обсуждаются возможныеподходы к улучшению электрофизических свойств наноэлектронных элементов наоснове нитевидных нанокристаллов InAs.Таким образом, в третьей главе показана принципиальная возможностьизготовлениянадежныхвоспроизводимыхомическихконтактовкиндивидуальным нитевидным нанокристаллам InAs при минимальном травленииполупроводниковогометодикиматериалаизготовленияхарактеристикитакихполученныхтакихнанокристаллов.электрическихэлектрическихПредставленыконтактов.контактов.двеИсследованыУстановлено,чтоулучшение свойств контактных соединений нанокристаллов с металлическимиконтактами достигается созданием условий, исключающих возникновениепрослойки естественного оксида на границе между металлом и кристаллическимматериалом, а хранение нитевидных нанокристаллов со сформированнымиконтактами в вакууме или инертной атмосфере не вызывает деградации контактовв отличие от хранения нитевидных нанокристаллов на воздухе. Показано, чтонебольшие изменения сопротивления, обнаруженные при хранении образцов ввакууме или инертной атмосфере, являются обратимыми.
Установлено, что дляизготовленныхтакимэлектросопротивления,образомприведеннаяомическихкединицеконтактовплощадивеличинаконтакта,нетранспортавпревышает 10-6 Омּсм2.Вчетвертойглаве(Особенностиэлектронногоразветвленных нитевидных нанокристаллах InAs) описаны исследованияэлектрофизических свойств разветвленных нитевидных нанокристаллов InAs, атакже исследования закономерностей электронного транспорта в них. Также вэтой главе описаны исследования возможностей применения разветвленных17нитевидныхнанокристалловдляреализациифункциональныхэлементовнаноэлектроники. Четвертая глава состоит из четырех частей.В первой части представлены исследования электрофизических свойствразветвленных нитевидных нанокристаллов InAs. Эти исследования показали, чтоприусловииомическогоэлектрическогоконтактаиоткрытыхканалахпроводимости ВАХ, измеренные между любыми двумя контактами разветвленныхнанокристаллов, являются металлическими как при комнатной температуре, так ипри температуре жидкого гелия.
Основными носителями заряда в такихнанокристаллах являются электроны.Во второй части четвертой главы представлены исследования электронноготранспорта в разветвленных нитевидных нанокристаллах InAs. На рис. 2 показанырезультаты измерения напряжения на ответвлении (VC) при антисимметричномзадании напряжения левого (VL), и правого (VR), проводов относительно общейточки (земли). Измерения выполнены при температуре 4,2 К для различныхнапряжений, приложенных на общий затвор (VBG) разветвленного нитевидногонанокристалла показанного на рис.
1. Как можно видеть из рис. 2, при такихизмерениях получаются сложные перестраиваемые нелинейные характеристики.Характеристики, полученные в ходе измерений напряжения на разветвленныхнитевидных нанокристаллах InAs, объясняются транспортом электронов в трехразличных режимах: (1) в диффузионном режиме, при котором длина свободногопробегаэлектроновменьшехарактерногоразмерасоединения;(2) в баллистическом режиме, при котором длина свободного пробега электроновсравнимасхарактернымразмеромсоединенияилипревышаетего;(3) в режиме самоблокировки, при котором электрическое поле металлическихтонкопленочных контактных соединений оказывает затворный эффект нанитевидный нанокристалл. Характерным размером исследовавшихся соединенийявляется расстояние между контактами на основном нанокристалле и точкойветвления.18Рис.
2. Результаты измерения напряжения на контакте к ответвлению (VC)при антисимметричном задании напряжения левого (VL) и правого (VR)контактов относительно общей точки (земли) при температуре 4,2 К.Представленныеизмерениябылисделаныдляразличныхнапряжений,приложенных на общий затвор (VBG) разветвленного нитевидного нанокристаллаInAs, показанного на рис. 1.В диффузионном режиме разветвленный нитевидный нанокристалл можетбыть описан тремя сопротивлениями, соединенными в одной точке. В этом случаецентральный провод является зондом для измерения напряжения в местесоединения проводов и измеряемое напряжение на контакте к центральномупроводу (VC), согласно закону Ома и правилам Кирхгофа, зависит от напряжений,прикладываемых к левому (VL) и правому (VR) контактам, следующим образом:VC (VL , VR ) =VL RR + VR RL,RR + RL19(1)где RL и RR соответственно – сопротивления левого и правого проводов.Таким образом, измеряемое напряжение VC будет линейным образом зависеть отподаваемых напряжений VL и VR при условии неизменных сопротивлений RL и RR.Для симметричных баллистических соединений проводов с адиабатическимистенками при антисимметричном задании входного напряжения (V = VL = -VR),нулевой температуре и малых прикладываемых напряжениях, напряжение,измеряемое на контакте к центральному проводу (VC), может быть записаноследующим образом:1VC = − αV 2 + Ο(V 4 ),2(2)где в случае электронной проводимости α > 0 [18].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
