Электронный транспорт в разветвленных нитевидных нанокристаллах InAs (1105300), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Таким образом, измеренноенапряжение будет всегда отрицательным для симметричных соединенийбаллистических проводов с электронной проводимостью. При аналогичныхизмеренияхнаасимметричныхсоединенияхбаллистическихпроводоврезультатом измерения напряжения будут асимметричные относительно нуляизогнутые вниз кривые [18].В режиме самоблокировки сопротивления левого и правого проводов неявляются постоянными, а зависят от приложенных напряжений по причинезатворного эффекта металлической контактной пленки. Такой затворный эффект,в случае электронной проводимости, приводит к локальному увеличениюсопротивления нитевидного нанокристалла вблизи контакта с приложеннымотрицательным напряжением и к локальному уменьшению сопротивлениянанокристалла вблизи контакта с приложенным положительным напряжением.Таким образом, в режиме самоблокировки измеряемое напряжение всегда будетближе к более высокому приложенному напряжению, что приводит к изгибу вверхкривой VC(VL, VR) как при измерениях с антисимметричным заданием напряжения,такиприизмеренияхсодносторонним(смотри формулу (1)).20заданиемнапряженияНаличие баллистического режима транспорта электронов дает возможностьоценки длины свободного пробега электронов в нитевидных нанокристаллах наоснове сопоставления расстояния от электрических контактов до точки ветвленияи наличием баллистического режима транспорта электронов.
Установлено, чтодлинасвободногопробегаэлектроноввразветвленныхнитевидныхнанокристаллах InAs при 4,2 K составляет величину порядка 100 нм.В третьей части четвертой главы на примере смесителя частот и детекторафазыпродемонстрированапринципиальнаявозможностьиспользованияразветвленных нитевидных нанокристаллов для реализации функциональныхнаноэлектронных элементов. Суть такой функциональности разветвленныхнанокристаллов состоит в то, что напряжение VC, измеренное на ответвлении, вобщем случае может быть представлено в виде ряда Тейлора:VC (VL , VR ) = a 00 + a10VL + a 01VR + a 20VL2 + a11VLVR + a 02VR2 + ...
.(3)При входных сигналах V L = AL sin( 2πf L t ) и V R = AR sin( 2πf R t + Δφ LR ) нелинейные членыв формуле (3) обеспечивают возможность смешения частот и измерения разностифаз. Показано, что смеситель частот и детектор фазы, реализованные на основеразветвленных нитевидных нанокристаллов InAs, работоспособны при комнатнойтемпературе в диапазоне до 100 МГц.В четвертой части четвертой главы, на основании представленного в даннойглаве материала, сформулированы выводы.Таким образом, в четвертой главе представлены результаты изученияэлектрофизических свойств разветвленных нитевидных нанокристаллов InAs, атакже результаты исследования закономерностей электронного транспорта в них.Продемонстрировано, что в отличие от соединений макроскопических проводов,разветвленныенитевидныенанокристаллыInAsимеютперестраиваемыенелинейные электрические характеристики, обусловленные сочетанием режимовдиффузионного и баллистического транспорта электронов, а также режимомсамоблокировки.
Предложен метод оценки длины свободного пробега электроновв нитевидных нанокристаллах и установлено, что длина свободного пробега21электронов в разветвленных нитевидных нанокристаллах InAs при 4,2 Kсоставляет величину порядка 100 нм. На примере смесителя частот и детекторафазыпоказанананокристалловвозможностьдляиспользованияреализацииприразветвленныхкомнатнойнитевидныхтемпературетакихфункциональных наноэлектронных элементов, как смеситель частот и детекторфазы.В заключении приведены основные результаты и выводы диссертационнойработы.Цитируемая литература1. Hiruma K., Yazawa M., Katsuyama T., Ogawa K., Haraguchi K., Koguchi M., and Kakibayashi H.Growth and optical properties of nanometer-scale GaAs and InAs whiskers // J.
Appl. Phys. – 1995.– Vol. 77. – P. 447-462.2. Yang P., Wu Y., and Fan R. Inorganic semiconductor nanowires // International J. Nanosci. – 2002.– Vol. 1. – P. 1-39.3. Samuelson L. Self-forming nanoscale devices // Mater. Today. – 2003. – Vol. 6. – P. 22-31.4. Wong E.W., Sheehan P.E., and Lieber C.M. Nanobeam mechanics: Elasticity, strength, andtoughness of nanorods and nanotubes // Science. – 1997.
– Vol. 277. – P. 1971-1975.5. Björk M.T., Ohlsson B.J., Sass T., Persson A.I., Thelander C., Magnusson M.H., Deppert K.,Wallenberg L.R., and Samuelson L. One-dimensional heterostructures in semiconductornanowhiskers // Appl. Phys. Lett. – 2002. – Vol. 80. – P. 1058-1060.6. Lieber C.M. Nanoscale science and technology: building a big future from small things //MRS Bull. – 2003.
– Vol. 28. – P. 486-491.7. Thelander C., Agarwal P., Brongersma S., Eymery J., Feiner L.F., Forchel A., Scheffler M.,Riess W., Ohlsson B.J., Gösele U., and Samuelson L. Nanowire-based one-dimensional electronics// Materials Today. – 2006. – Vol. 9. – P. 28-35.8. Lu W., and Lieber C.M. Nanoelectronics from the bottom up // Nat. Mater. – 2007. – Vol.
6. –P. 841-850.9. Cui Y., Banin U., Björk M.T., and Alivisatos A.P. Electrical transport through a single nanoscalesemiconductor branch point // Nano Lett. – 2005. – Vol. 5. – P. 1519-1523.2210. Dick K.A., Deppert K., Larsson M.W., Mårtensson T., Seifert W., Wallenberg L.R., and SamuelsonL. Synthesis of branched “nanotrees” by controlled seeding of multiple branching events //Nat. Mater.
– 2004. – Vol. 3. – P. 380-384.11. Wang D., Qian F., Yang C., Zhong Z., and Lieber C.M. Rational Growth of Branched andHyperbranched Nanowire Structures // Nano Lett. – 2004. – Vol. 4. – P. 871-874.12. Dick K.A., Geretovszky Z., Mikkelsen A., Karlsson L.S., Lundgren E., Malm J.-O., Andersen J.N.,Samuelson L., Seifert W., Wacaser B.A., and Deppert K. Improving InAs nanotree growth withcomposition-controlled Au–In nanoparticles // Nanotechnology. – 2006. – Vol.
17. – P. 1344-1350.13. Dick K.A., Deppert K., Karlsson L., Seifert W., Wallenberg L., and Samuelson L.Position-controlled interconnected InAs nanowire networks // Nano Lett. – 2006. – Vol. 6. –P. 2842-2847.14. Гиваргизов Е.И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара // М.: Наука, 1977.
–304 с.15. Thelander C., Björk M.T., Larsson M.W., Hansen A.E., Wallenberg L.R., and Samuelson L.Electron transport in InAs nanowires and heterostructure nanowire devices // Solid State Commun.– 2004. – Vol. 131. – P. 573-579.16. Бессолов В.Н., Лебедев М.В. Халькогенидная пассивация поверхности полупроводниковAIIIBV // ФТП. – 1998. – Т.
32. – С. 1281-1299.17. Бланк Т.В., Гольдберг Ю.А. Механизмы протекания тока в омических контактах металлполупроводник // Физика и Техника Полупроводников. – 2007. – Т. 41. – С. 1281-1308.18. Xu H.Q. Electrical properties of three-terminal ballistic junctions // Appl. Phys. Lett. – 2001. –Vol. 78. – P. 2064-2066.23ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫВ результате выполнения данной работы установлены закономерностиэлектронного транспорта в разветвленных нитевидных нанокристаллах InAs,определены структурные параметры и электрофизические свойства такихнанокристаллов, продемонстрирована возможность реализации функциональныхнаноэлектронных элементов на базе разветвленных нанокристаллов InAs.Разработаны методики синтеза разветвленных нитевидных нанокристаллов InAs иизготовления электрических контактов к индивидуальным нанокристаллам InAs.Получены следующие основные результаты:1.
Разработана методика синтеза разветвленных нитевидных нанокристаллов InAs сприменением метода химической пучковой эпитаксии. Получены образцыразветвленных нанокристаллов InAs микронной длины с диаметром оснований70-100 нм и диаметром ответвлений 50-80 нм. Изучена кристаллическая структураполученныхнанокристаллов.Установлено,чтоответвлениярастутперпендикулярно основным нанокристаллам, ориентированным в направлении[000-1], в кристаллографических направлениях <-1100>, эпитаксиально продолжаягексагональную кристаллическую структуру своего основания и свидетельствуя обездефектной природе механизма ветвления.2.
Разработана лабораторная методика совмещения тонкопленочных контактныхпроводов с точкой ветвления нитевидных нанокристаллов с точностью выше20 нм, что создает основу для формирования и исследования новой элементнойбазы устройств наноэлектроники на основе нитевидных нанокристаллов.Установлено, что точность совмещения зависит от возможностей электроннолитографической установки.3. Разработана методика изготовления воспроизводимых омических контактов киндивидуальным нитевидным нанокристаллам InAs с диаметром от 40 до 100 нмприминимальномтравленииполупроводникового24материалатакихнанокристаллов.
Изучены характеристики полученных электрических контактов.Установлено, что величина электросопротивления таких омических электрическихконтактов,приведеннаякединицеплощадиконтакта,непревышаетвеличину 10-6 Омּсм2, что типично для контактов к объемным образцам InAs.4. Изучены электрофизические свойства разветвленных нитевидных нанокристалловInAsиустановленыпродемонстрировано,закономерностичтоэлектронногосоединениятранспорта.нанокристалловInAsВпервыеимеютперестраиваемые нелинейные электрические характеристики, обусловленныесочетанием режимов диффузионного и баллистического транспорта электронов, атакже режимом самоблокировки. Предложен способ оценки длины свободногопробега электронов в нитевидных нанокристаллах.
Установлено, что длинасвободного пробега электронов в исследованных разветвленных нитевидныхнанокристаллах InAs при 4,2 K и малых прикладываемых напряжениях составляетвеличину порядка 100 нм.5. Полученные нелинейные характеристикидаютвозможность использоватьразветвленные нитевидные нанокристаллы для реализации функциональныхнаноэлектронных элементов. Принципиальная возможность такого использованияэкспериментально продемонстрирована на примере смесителя частот и детекторафазы, работающих в диапазоне до 100 МГц при 300 K.25Список публикаций по теме диссертации1. Suyatin D.B., Sun J., Fuhrer A., Wallin D., Fröberg L.E., Karlsson L.S., Maximov I., Wallenberg L.R.,Samuelson L., and Xu H.Q. Electrical Properties of Self-Assembled Branched InAs Nanowire Junctions// Nano Lett.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
