Aufbau einer Vierspitzen-Rastertunnelmikroskop, Rasterelektronenmikroskop-Kombination und Leitfähigkeitsmessungen an Silizid Nanodrähten

Zubkov, Evgeniy; Voigtländer, Bert

doi:1866-1807

Aufbau einer Vierspitzen-Rastertunnelmikroskop, Rasterelektronenmikroskop-Kombination und Leitfähigkeitsmessungen an Silizid Nanodrähten = Construction of a four tip scanning tunneling microscope/scanning electron microscope combination and conductivity measurements of silicide nanowires

Zubkov, Evgeniy (Author)

2013

VerantwortlichkeitsangabeEvgeniy Zubkov

ImpressumJülich : Forschungszentrum Jülich, Zentralbibliothek 2013

Umfang150 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-89336-848-8

ReiheSchriften des Forschungszentrums Jülich : Reihe Schlüsseltechnologien ; 55

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Voigtländer, Bert (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-01-10

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-45193
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/210294/files/4519.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Rastertunnelmikroskop (Genormte SW) ; Rasterelektronenmikroskop (Genormte SW) ; Silicium (Genormte SW) ; Nanodraht (Genormte SW) ; Spezifischer Widerstand (Genormte SW) ; Physik (frei) ; scanning tunneling microscope (frei) ; scanning electron microscope (frei) ; silicon (frei) ; nanowire (frei) ; resistivity (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530
pacs: 81.07.Gf * 68.37.Hk * 68.37.Ef * 73.63.-b * 81.10.Pq

Kurzfassung
In dieser Arbeit wird die Kombination eines Vier-Spitzen-Rastertunnelmikroskops mit einem Rasterelektronenmikroskop vorgestellt. Durch diese Apparatur ist es möglich die Leitfähigkeitsmessungen an in-situ hergestellten Nanostrukturen in Ultrahochvakuum durchzuführen. Mit der Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops (REM) wird es möglich die Tunnelspitzen des Vier-Spitzen-Rastertunnelmikroskops (RTM) so zu positionieren, dass sich eine Anordnung für eine Vierpunktmessung an Nanostrukturen ergibt. Der RTM-Kopf wurde nach dem neuartigen koaxialen Beetle-Konzept gebaut. Dies erlaubt einerseits eine platzsparende Anordnung der Komponenten des RTM, andererseits weist der RTM-Kopf eine gute mechanische Stabilität auf, um die atomare Auflösung mit allen vier RTM-Einheiten zu erreichen. Die atomare Auflösung der RTM-Einheiten wurde durch das Aufnehmen der in-situ präparierten Si(111)-7x7-Oberfläche bestätigt. Die thermische Drift während des Betriebs sowie die Resonanzfrequenzen des mechanischen Aufbaus des RTM-Kopfes wurden bestimmt. Das Rasterelektronenmikroskop erlaubt die präzise und sichere Navigation der Tunnelspitzen über die Probenoberfläche. Dadurch es ist möglich z.B. die Rasterbereiche der RTM-Einheiten so einzustellen, dass eine Stelle der Probeoberfläche mit mehreren RTM-Einheiten gleichzeitig aufgenommen werden kann. Mehr-Spitzen-Spektroskopie kann mit bis zu vier RTM-Einheiten zeitsynchron durchgeführt werden. Zur Demonstration der Fähigkeiten der neugebauten Apparatur wurden Leitfähigkeitsmessungen an der metallischen Yttrium-Silizid-Nanodrähten durchgeführt. Die Nanodrähte wurden durch die Deposition von Yttrium auf eine geheizte Si(110) Probenoberfläche in-situ präpariert. Strom-Spannungs-Kennlinien wurden auf den Nanodrähten und auf der Benetzungsschicht dazwischen aufgenommen. Die Kennlinien deuten auf eine Existenz der Schottky-Barriere zwischen den Yttrium-Silizid-Nanodrähten und einem Substrat hin. Durch die Zwei-Spitzen-Messungen mit einem Gate wurde die isolierende Eigenschaft der Schottky-Barriere bestätigt. Durch diese Schottky-Barriere es ist möglich den Strom auf den Nanodraht zu beschränken und einen Stromfluß durch das Substrat zu verhindern. Eine Vier-Spitzen-Widerstandsmessung mit einem Gate hat den Widerstand des Nanodrahtes geliefert. Aus den Abmessungen des Nanodrahtes lässt sich der spezifische Widerstand ausrechnen lassen. Der Vergleich mit der Literaturquellen ergibt ähnliche Werte des spezifischen Widerstandes. Darüber hinaus wurden die Kontaktwiderstände der Messspitzen auf den Silizid Nanodrähten bestimmt.

In this work the combination of a four-tip scanning tunneling microscope with a scanning electron microscope is presented. By means of this apparatus it is possible to perform the conductivity measurements on the in-situ prepared nanostructures in ultra-high vacuum. With the aid of a scanning electron microscope (SEM), it becomes possible to position the tunneling tips of the four-tip scanning tunneling microscope (STM), so that an arrangement for a four-point probe measurement on nanostructures can be obtained. The STM head was built according to the novel coaxial Beetle concept. This concept allows on the one hand, a very compact arrangement of the components of the STM and on the other hand, the new-built STM head has a good mechanical stability, in order to achieve atomic resolution with all four STM units. The atomic resolution of the STM units was confirmed by scanning a Si(111)-7x7 surface. The thermal drift during the STM operation, as well as the resonant frequencies of the mechanical structure of the STM head, were determined. The scanning electron microscope allows the precise and safe navigation of the tunneling tips on the sample surface. Multi tip spectroscopy with up to four STM units can be performed synchronously. To demonstrate the capabilities of the new-built apparatus the conductivity measurements were carried out on metallic yttrium silicide nanowires. The nanowires were prepared by the in-situ deposition of yttrium on a heated Si(110) sample surface. Current-voltage curves were recorded on the nanowires and on the wetting layer in-between. The curves indicate an existence of the Schottky barrier between the yttrium silicide nanowires and the silicon bulk. By means of the two-tip measurements with a gate, the insulating property of the Schottky barrier has been confirmed. Using this Schottky barrier, it is possible to limit the current to the nanowire and to prevent it from flowing through the silicon bulk. A four-tip resistance measurement with a gate has provided the resistance of the nanowire. From the dimensions of the nanowire the resistivity was calculated. The obtained resistivity was found to be in agreement with literature values. In addition, the contact resistances of the tunneling tips on the silicide nanowires were determined.

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