Изучение физических процессов, протекающих при модификации поверхности металла импульсом напряжения в сканирующем туннельном микроскопе
Диссертация
Исходя из всего выше сказанного можно представить себе следующий механизм образования неоднородностей на поверхности образцов. Уже в начальный момент импульса величина тока эмиссии достигает критического значения, начиная с которого, происходит существенное увеличение Г на вершине острия. Это вызывает сокращение вакуумного промежутка, возрастание напряженности поля и дальнейшее увеличение тока… Читать ещё >
Содержание
- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
- ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦА ИМПУЛЬСОМ НАПРЯЖЕНИЯ В СКАНИРУЮЩЕМ ТУННЕЛЬНОМ МИКРОСКОПЕ
- 1. 1. Форма и размеры образующихся наноструктур
- 1. 2. Зависимость вероятности образования наноструктур от параметров импульса напряжения
- 1. 3. Влияние внешних факторов и другие особенности процесса наномодификации поверхности металла в сканирующем туннельном микроскопе,'
- ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦА В СКАНИРУЮЩЕМ ТУННЕЛЬНОМ МИКРОСКОПЕ
- 2. 1. Термический разогрев образца за счет диссипации энергии электронов
- 2. 2. Механизм десорбции в сильном электрическом поле
- 2. 2. 1. Модель сил зеркального изображения
- 2. 2. 2. Модель обмена зарядами
- 2. 2. 3 .Особенности десорбции полем в СТМ
- 2. 3. Поверхностная диффузия, стимулированная полем
- 2. 4. Контакт острия с поверхностью образца
- ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
- 3. 1. Экспериментальная установка
- 3. 2. Методика приготовления игл и образцов
- 3. 3. Ультразвуковая очистка образцов
- 3. 3. 1. Методика ультразвуковой очистки
- 3. 4. Методика модификации поверхности
- ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
- 4. 1. Модификация поверхности пленок золота импульсом напряжения в СТМ
- 4. 2. Механизм модификации поверхности
- 4. 2.1. Расчеты поля в пространстве между острием и образцом
- 4. 3. Эффект Ноттингама при трапециевидном барьере
- 4. 3. 1.Модель потенциального барьера
- 4. 3. 2. Прозрачность трапециевидного барьера для электронов
- 4. 3. 3. Плотность тока
- 4. 3. 4. Энергия Ноттингама
- 4. 4. Термическое расширение как возможный механизм модификации поверхности
- 4. 1. Модификация поверхности пленок золота импульсом напряжения в СТМ
Список литературы
- G. Binning, H. Rohrer. Scanning Tunneling Microscope: Патент USA от 10.08.1982. 1.t. CI. GO 1 N23/00, N4, 343,993- G. Binning, H. Rohrer, Ch. Gerber, E. Weibel. Physica Set.// B. -1982. — V. 109−110. -P.2075.
- R. Wiesendanger, H.-J. Guntherodt (Eds.). Scanning Tunneling Microscope Д Springer Series in Surface Sciences. -1992. -V.28.
- G.M. Shedd, P.E. Russel. The scanning tunneling microscope as a tool for nanofabrication.//Nanotechnology. -1990. -V.l. -P.67.
- R. Wiesendanger, H.-J. Guntherodt (Eds.). Scanning Tunneling Microscope I, Springer Series in Surface Sciences. -1991. -V.20.
- K. Matsumoto, S. Takahashi, M. Ishii, M. Hoshi, A. Kurosawa, S. Ichimura, A. Ando.// in Extended abstracts. International conference of solid state device and materials, Yokohama, Japan. -1994. -P.46.
- Kazuhiko Matsumoto, Masami Ishii, and Kazuhito Segawa. Application of scanning tunneling microscopy nanofabrication process to single electron transistor.// J. Vac. Sci. Technol. B. -1996. -V.14. -P. 1331.
- E.S. Snow and P.M. Campbell. Fabrication of Si nanostructures with an atomic force microscope.// Appl. Phys. Lett. -1994. -V.64. -P. 1932−1934.
- Robert F. Service. Pushing the data storage envelope.// Science. -1995. -V.269. -P.299−300.
- E.J. Van Loenem, D. Dijkkamp, A.J. Hoeven J.M. Lenssinck and J.Dieleman.// Nanometer scale structuring of silicon by direct indentation. J. Vac. Sci. Technol. A. -1990. -V.8. -P.574−576.
- E.J. Van Loenem, D. Dijkkamp, A.J. Hoeven et al. Direct writing in Si with a scanning tunneling microscope.// Appl. Phys. Lett. -1989. -V.55. -P.1312.
- T. Yokohata, K. Kato, K. Ohmura. Nanometer-scale roughness study and indentation test with scanning tunneling microscope.// J. Vac. Sci. Technol. A. -1990. -V.8. -P.585−589.
- Г. Г. Владимиров, A.JI. Грязев. Механизмы воздействия острия на поверхность в сканирующем туннельном микроскопе.// Вестник СПбГУ сер.4. -1993. -№ 1. -С.24.
- Т.Т. Tsong. Effects of an electric field in atomic manipulations.// Phys. Rev. B. -1991. -V. 44.-P.13 703.
- Y.Z. Li, L. Vazquez, R. Piner, R.P. Andres, and R. Reifenberger. Writing nanometer-scale symbols in a gold using the scanning tunneling microscope.// Appl. Phys. Lett. -1989. -V.54. -P. 1424.
- U. Staufer, R. Wiesendanger, L. Eng, et al. Nanometer scale structure fabrication with the scanning tunneling microscope.// Appl. Phys. Lett. 1987. -V.51. -P.244.
- A. Kobayashi, F. Grey, R.S. Williams, and M. Aono. Formation nanometer-scale grooves in silicon with a scanning tunneling microscope.// Science. -1993. -V.259. -P.1724−1726.
- I.-W. Lyo and Ph. Avouris. Field-induced nanometer -to atomic-scale manipulation of silicon surface with STM.// Science -1991. -V.253 -P.173−176- Ph. Avouris and I.-W. Lyo. Appl. Surf. Sci. -1992. -V.60/61. -P.426.
- H.J. Mamin, P.H. Guethner, and D. Rugar. Atomic emission from a gold scanning-tunneling-microscope tip.// Phys. Rev. Lett. -1990. -V.65. -P.2418.
- C.S. Chang, W.B. Su, T.T. Tsong. Field evaporation between a gold tip and a gold surface in a scanning tunneling microscope configuration.// Phys. Rev. Lett. -1994. -V.72. -P.574.
- R.S. Becker, J.A. Golovchenko, B.S. Swartzentruber. Atomic-scale surface modifications using a tunneling microscope.//Nature. -1987. -V.325. -P.419.
- J.I. Pascual, J. Mendez, J. Gomez-Herrero, A.M. Baro, N. Garcia, Vu Thien Binh. Quantum contact in gold nanostructures by scanning tunneling microscopy.// Phys. Rev.Lett. -1993. -V.71. -P.1852.
- R.S. Becker, G.S. Higashi, Y.J. Chabal, and A.J. Becker. Atomic scale conversion of clean Si (lll): H 1×1 to Si (lll) — 2×1 by electron-stimulated desorption.// Phys. Rev. Lett. — 1990. -V.65. -P. 1917.
- M. Eigler, C.P. Lutz, W.E. Rudge. An atomic switch realized with the scanning tunneling microscope.//Nature. -1991. -V.352. -P.600−603.
- J.A. Dagata, J. Schneir, H.H. Harary, C.J. Evans, M.T. Postek, and J. Bennett. Modification of hydrogen-passivated silicon by a scanning tunneling microscope operating in air.// Appl. Phys. Lett. -1990. -V.56. -P.2001.
- T.R. Albrecht, M.M. Dovek, M.D. Kirk, C.A. Lang, C.F. Quate, and D.P.E.Smith. Nanometer-scale hole formation on graphite using a scanning tunneling microscope.// Appl. Phys. Lett. -1989. -V.55. -P.1727.
- Seiichi Kondo, Seiji Heike, Mark Lutwyche, and Yasuo Wada. Surface modification mechanism of materials with scanning tunneling microscope.// J. Appl. Phys. -1995. -V.78(l). -P.155.
- H.J. Mamin, S. Chiang, H. Birk, P.H. Guethner, and D. Rugar. Gold deposition from a scanning tunneling microscope tip.// J. Vac. Sci. Technol. B. -1991. -V.9. -P. 1398.
- Т. Tsong and C.-S. Chang. High field effects and methods useful for transferring atoms in scanning tunneling microscope.// Jpn. J. Appl. Phys. -1995. -V.34. -P.3309.
- A. Ohi, W. Mizutani, and H. Tokumoto. Nanometer-scale modifications of gold surfaces by scanning tunneling microscope.// J. Vac. Sci. Technol. B. -1995. -V. 13(3). -P.1252.
- K. Bessho and S. Hashimoto. Fabricating nanoscale structures on Au surface with scanning tunneling microscope.// Appl. Phys. Lett. -1994. -V.65. -P.2142.
- T.C. Chang, C.S. Chang, H.N. Lin, and Tien T. Tsong. Creation of nanostructures on gold surfaces in nonconducting liquid.// Appl. Phys. Lett. -1995. -V.67(7). -P.903.
- L. Libioulle, Y. Houbion, and J.-M. Gilles. Very sharp gold and platinum tips to modify gold surfaces in scanning tunneling microscopy.// J. Vac. Sci. Technol. B. -1995. -V.13(3). -P.1325.
- J. Schneir, R. Sonmenfeld, O. Marti, P.K. Hansmax, J.E. Demuth, and R.J. Hamers. Tunneling microscopy, litography, and surface diffusion on an easily prepared atomically flat gold surfaces.// J. Appl. Phys. -1988. -V.63. -P.717−721.
- H.-L. Lin, C.S. Chang, Tien T. Tsong. Generation of nanometer holes at Pt surfaces in air and a nonconducting liquid with the scanning tunneling microscope.// J. Appl. Phys. -1995. -V.77(6). -P.2825.
- И.А. Дорофеев, В. Я. Косыев. Туннельный контакт под действием импульса напряжения наносекундной длительности.// Письма в ЖТФ. -1997. -Т.23. -№ 17. -С.22.
- И.А. Дорофеев. Туннельный контакт под действием импульсного напряжения.// Поверхность. -1998. -T.2. -С. 125.
- С. Lebreton and Z.Z. Wang. Critical humidity for removal of atoms from the gold surface with scanning tunneling microscopy.// J. Vac. Sci. Technol. B. -1996. -V.14(2). -P.1356.
- Tsukasa Abe, Kazuhiro Hane, and Shigeru Okuma. Nanometer-scale pit formation by scanning tunneling microscopy on graphite surface and tip current measurements.// J. Appl. Phys. -1994. -V.75. -P.1228.
- R. Taylor, R.S. Williams, V.L. Chi, G. Bishop, J. Fletcher, W. Robinett et al. Nanowelding: tip response during STM modification of Au surfaces.// Surf. Sci. Lett. -1994. -V.306. P. L534.
- Naoki Yokoi, Satoshi Ueda, Susumu Namba and Mikio Takai. Change in scanning tunneling microscope (STM) tip shape during nanofabrication.// Jpn. J. Appl. Phys. -1993. -V.32. -P.L129.
- G. Taylor. Disintegration of water drops in an electric field.// Prog. Roy. Soc. (London), Ser. A. -1964. -V. 280. -№ 1382. -P.383.
- A.P. Тихонов, A.A. Самарский. Уравнения математической физики. М. 1953.
- U. Staufer, R. Wiesendanger, L. Eng et al. Surface modification in the nanometer-range by the scanning tunneling microscope.// J. Vac. Sci. Technol. A. -1988. -V.6. -P.537.
- U. Staufer, L. Scandella, R. Wiesendanger. Direct writing of nanometer scale structures on glassy metal by the scanning tunneling microscope. // Zeitschrift Phys. B. -1989. -V.77. -P.281−286.
- J.A. Miller, R.J. Hocken. Scanning tunneling microscopy bit making on highly oriented pyrolytic graphite: initial results.// J. Appl. Phys. -1990. -V.68. -P.905−907.
- M.A. McCord, R.F. Pease. Lithography with the scanning tunneling microscope.// J. Vac. Sci. Technol. B. -1986. -V.4. -P.86.
- E.Muller. Field desorption.// Phys. Rev. -1956. -V.102. -P.618.
- D.R.Kingham. Model calculations of tunnelling and thermal evaporation rate constants relating to field evaporation.// J. Phys. D. -1982. -V.15. -P.2537.
- Э.Мюллер, Т.Цонь. Автоионная микроскопия. М.: Изд. Металлургия. 1972. С. 360.
- L.W.Swanson, R.Gomer. Field desorption of carbon monoxide from tungsten.// J. Chem. Phys. -1963. -V.39. -P.2813.
- G.G.Vladimirov, B.B.Bolotov. Field desorption of 3d-metals from (Oil) tungsten.// Phys. Low-Dimens. Struct. -1994. -V.10. -P.9.
- J.G. Simmson. Generalized formula for the electric tunnel effect between similar electrodes separeted by a thin insulating film.// J. Appl. Phys. -1963. -V.34. -P.1793−1803.
- N.M. Miskovscky, P.H. Cutler, Т.Е. Feuchtwang et al. The multiple-image interactions and the Mean-Barrier Approximation in MVM tunneling junctions.// Appl. Phys. A. -1982.-V.27. -P. 139.
- B.K. Медведев. Исследование десорбции лития с вольфрама электрическим полем.// Изв. АН СССР сер. физ. -1969. -Т.ЗЗ. -С.528.
- N.M. Miskovscky, Т.Т. Tsong. Field evaporation of gold in single and double -electrode systems.// Phys. Rev. B. -1992. — V.46. -P.2640.
- Kirchner, H.A. Ritter. Uber die Desorption von positiven und negativen Ionendurch starke elektrischen Felder.// Z. Naturforsch, b. -1956. -IIa. -S.35−37.
- В.Г. Павлов, A.A. Рабинович, B.H. Шредник. Высокие локальные плотности тока автоэлектронной эмиссии в стационарном режиме.// ЖТФ. -1975. -Т.45. -С.2126−2134.
- J. Mendez, J. Gomez-Herrero, J. I. Pascual, J. J. Saenz, J. M. Soler, and A. M. Baro. Diffusion of atoms on Au (lll) by the electric field gradient in scanning tunneling microscopy.// J. Vac. Sci. Technol. B. -1996. -V.14(2). -P.1145.
- Е.В.Клименко, А. Г. Наумовец. Об электронном состоянии адсорбированных атомов цезия, лития и бария на грани (110) вольфрама.// ФТТ. -1971. -Т.13. -С.33.
- L.J. Whitman, J.A. Stroscio, R.A. Dragoset, and R.J. Celotta. Manipulation of adsorbed atoms and creation of new structures on room-temperature syrfaces with a scanning tunneling microscope.// Science -1991. -V.251. -P.1206−1210.
- V.G. Flisyuk, T.P.Nagorskaya, G.G.Vladimirov, B.B.Bolotov. The surface diffusion of Ge atoms on tungsten in strong electric fields.// Phys. Low-Dim. Struct. -1997. -V.7. -P.ll.
- И.Л.Сокольская. Применение автоэмиссионного микроскопа для изучения поверхностной диффузии и самодиффузии. В сборнике «Поверхностная диффузия и растекание» под ред. Я. Е. Гегузина. М. 1969. С. 108.
- Власов, О.Л. Голубев, В.Н. Шредник. Изв. АН СССР сер. физ. -1988. -Т.52. -№ 8. -С.1538.
- H.J. Mamin and D. Rugar. Reply J.I. Pascuale, J. Mendez, J. Gomez-Herrero, A.M. Baro, N. Garcia, Vu Thien Binh. Comment on «Quantum contact in gold nanostructures by scanning tunneling microscopy».// Phys. Rev. Lett. -1994. -V.72. -P.1128.
- C.J. Roberts, M.J. Wilkins, M.C. Davies, D.E. Jackson, and S.J.B. Tendler. Surface damage of sputtered gold films at the high and low gap resistance settings of a scanning tunneling microscope.// Surf. Sci. Lett. -1992. -V.261. -P.L29.
- H.J. Mamin and D. Rugar. in Scanned Probe Microscopy, edit by H.K. Wickramasinghe, AIP Conf. Proceedings. AIP, New York. -1992. -V. 241. -P. 462.
- B.K. Адамчук, A.B. Ермаков, И. В. Любинецкий, С. И. Федосеенко, Г. А. Житомирский, А. Е. Панич. Растровый туннельный профилометр.// ПТЭ. -1990. -№ 1. -С.230.
- Г. Г. Владимиров, A.B. Дроздов, В. В. Дмитриев. Влияние ультразвуковых колебаний на морфологию поверхности пленки золота.// Письма в ЖТФ. -1995. -Т.21. -№ 11. -С.24−27.
- И.Г. Хорбенко. В мире неслышных звуков. М.: Изд. Машиностроение. 1971.
- O.A. Капустина. Дегазация жидкости. Физические основы ультразвуковой технологии. М.: Изд. Наука. 1970.
- Г. И. Кувшинов, П. П. Прохоренко. Акустическая кавитация у твердых поверхностей. Минск: Изд. Наука и техника. 1990.
- A.A. Клещев, И. К. Клюкин. Основы гидроакустики. Л.: Изд. Судостроение. 1987.
- Г. Г.Владимиров, А. В. Дроздов, Л. М. Баскин. О механизме модификации поверхности в сканирующем туннельном микроскопе под воздействием импульса напряжения.// Письма в ЖТФ. -1995. -Т.21. -№ 11. -С.66−71.
- L.M.Baskin, A.V.Drozdov, G.G.Vladimirov. The thermal expansion as a possible mechanism of nanofabrication.// Surf. Sci. -1996. -V.369. -P.385−392.
- G.G.Vladimirov, A.V.Drozdov. Surface modification by the voltage pulse in a scanning tunneling microscope.// J. Vac. Sci. Technol. B. -1997. -V.15(2). -P.482.
- Г. Г.Владимиров, А. В. Дроздов, А. Н. Резанов. Об изменении порогового напряжения при формировании наноструктур на пленке золота в сканирующем туннельном микроскопе.// Письма в ЖТФ. -1996. -Т.22. -N18. -С.67−71.
- G.G.Vladimirov, A.V.Drozdov, A.N.Rezanov. About a change of the threshold voltage at nanostructure formation in the scanning tunneling microscopy.// 9-th Intern. Vac. Microelectr. Conf. St. Petersburg 1996, Tech. digest. -1996. -P.453−457.
- Г. Г.Владимиров, А. В. Дроздов. Изменение строения поверхности в СТМ в результате воздействия электрического поля.// Всеросийское рабочее совещание «Зондовая микроскопия-97», Нижний-Новгород, 4−6 марта 1997. сборник докл. -1997. -С.49.
- Г. Г.Владимиров, А. В. Дроздов. Изменение строения поверхности в СТМ в результате воздействия электрического поля.// Поверхность. -1998. -Т.2. -С.111−124.
- А. Анкудинов, B.JI. Беркович, Т. В. Львова, А. Н. Титков. СТМ-исследования структуры золота, химически осажденного на поверхности (110) GaAs.// Физика твердого тела. -1993. -Т.35. -С.1301.
- В.С.Фоменко. Эмиссионные свойства материалов. Киев: Изд. Наукова Думка. 1981.
- G. Binning, N. Garcia, Н. Rohrer, et al. Electron metal — surface interaction potential with vacuum tunneling: observation of the image force.// Phys. Rev. B. -1984. -V.30. -P. 4816.
- S.C.Meepagala, F.Real. Detailed experimental investigation of the barrier height lowering and the tip — sample force gradient during STM operation in air.// Phys.Rev. B. -1994.-V.49. -P. 10 761.
- G.G.Vladimirov, A.V.Drozdov, N.E. Linkov. Nottingham effect for trapezoidal potential barrier.// Phys. Low-Dem. Struct. -1996. -V.7/8. -P.127−135.
- P. Фишер, X. Найман. Автоэлектронная эмиссия полупроводников. М.: Изд. Наука. ГРФМЛ. 1971. С. 215.
- A. Modinos. Field, Thermoionic and Secondary Electron Emission Spectroscopy, Plenym Press, N.Y., London. 1984.