Kombinierte Rasterelektronen- und Mehr-Spitzen-Rastertunnelmikroskopie als Methode zur Ladungstransportmessung im Nanometerbereich

Jaschinsky, Philipp; Voigtländer, Bert

doi:28115

Kombinierte Rasterelektronen- und Mehr-Spitzen-Rastertunnelmikroskopie als Methode zur Ladungstransportmessung im Nanometerbereich = Combined Scanning Electron and Multi-tip Scanning Tunneling Microscopy as a Method for Charge Transport Measurements at the Nanometer Range

Jaschinsky, Philipp (Author)

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Philipp Kaschinsky

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

Umfang116 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Voigtländer, Bert (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2007-08-27

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-19974
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62433/files/Jaschinsky_Philipp.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Rastertunnelmikroskopie (Genormte SW) ; Rasterelektronenmikroskopie (Genormte SW) ; Ultrahochvakuum (Genormte SW) ; Ladungstransport (Genormte SW) ; Festkörperoberfläche (Genormte SW) ; Physik (frei) ; SEM (frei) ; STM (frei) ; Multi-tip (frei) ; double-tip (frei) ; charge transport (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
In dieser Arbeit werden Ladungstransportmessungen im Nanometerbereich unter Ultrahochvakuum-Bedingungen präsentiert. Für diese Messungen ist eine Kombinationsapparatur aus Rasterelektronenmikroskop (engl. Scanning Electron Microscope, SEM) und Rastertunnelmikroskop (engl. Scanning Tunneling Microscope, STM) benutzt worden. Um neben vertikalen auch laterale Transportmessungen durchführen zu können, ist ein 2-Spitzen-STM entwickelt worden, welches in dieser Arbeit vorgestellt wird. Das Design des 2-Spitzen-STM baut auf dem bewährten Beetle-Prinzip auf und ermöglicht es, zwei Beetle-STM koaxial zueinander, auf kleinem Raum anzuordnen. Dank dieses neuen Design-Konzepts, konnte das 2-Spitzen-STM sehr kompakt gebaut werden, sodass das Auflösungsvermögen und die Bewegungsfreiheit der STM-Spitzen vergleichbar sind, mit denen eines Ein-Spitzen-Beetle-STM. Die Abbildungsfähigkeiten des 2-Spitzen-STM werden durch atomar aufgelöste STM-Aufnahmen einer Si(111)-7x7-Oberfläche von beiden Spitzen demonstriert. Die Auflösungsgrenze des SEM wurde mit ca. 50 nm bestimmt. Weiterhin wird gezeigt, dass das Zusammenspiel von SEM und 2-Spitzen-STM funktioniert. Dazu wurden die STM-Spitzen, unter SEM-Kontrolle, soweit einander angenähert, dass mit beiden STM-Spitzen derselbe Bereich einer atomar-gestuften Si(111)-Oberfläche aufgenommen werden konnte. Die, in dieser Arbeit vorgestellten, Transportmessungen werden in vertikalen und lateralen Ladungstransport unterteilt. Bei den vertikalen Ladungstransportmessungen wurden neuartige ohmsche Nano-Kontakte, die auf Low-Temperature-Grown-GaAs basieren, untersucht. Dazu wurde die STM-Spitze, unter SEM-Beobachtung, auf den Nano-Kontakten positioniert. Des Weiteren wurden resonante Tunneldioden auf GaAs-Basis mit Seitenlängen bis zu 40 nm kontaktiert und charakterisiert. Zudem wurde die zweite STM-Spitze als Gate-Elektrode genutzt und ein Feld-Effekt konnte gefunden werden. Für die lateralen Transportmessungen wurde die Si(111)-7x7-Oberfläche benutzt. Um Spitzen und Oberfläche nicht zu beschädigen, wurden die abstandsabhängigen 2-Punkt-Messungen im Tunnelkontakt durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit einem 2-Punkt-Modell für 3D- und 2D-Stromtransport verglichen. Dabei zeigte sich eine bessere Übereinstimmung mit dem 2D-Modell.

Charge transport measurements on the nanometer scale are presented in this work. For these measurements, a combination of a scanning electron microscope (SEM) and a scanning tunneling microscope (STM) was used in ultrahigh vacuum environment. In order to perform vertical and lateral transport measurements, a double-tip STM was developed. The double-tip STM is described in this work. The design of this double-tip STM is based on the well-proven beetle-type design. It makes it possible to coaxially combine two beetle-type STM with each other in a small space. Due to this new design concept, it was possible to construct the double-tip STM very compactly so that the resolution and the freedom of movement of the STM tips are comparable to those of a single-tip beetle-type STM. The imaging capabilities of the double-tip STM will be demonstrated by atomically resolved pictures of the Si(111)-7x7 surface, obtained with each tip. The resolution limit of the SEM was determinated as approx. 50 nm. Furthermore, it is shown that the interaction of the SEM and the double-tip STM functions correctly. To this end, the two STM tips were brought close together, while being monitored by the SEM. The two STM were then able to image the same area at the Si(111) surface. The charge transport measurements presented here are subdivided into vertical and lateral transport. New ohmic nanocontacts, based on low-temperature-grown GaAs, were investigated for the vertical transport measurements. For this purpose, one STM tip was brought into contact with these devices. Additionally, GaAs-based resonant tunneling diode structures with side lengths of down to 40nm were contacted and characterized. In addition, a field effect was measured by using the second STM tip as a gate electrode. The Si(111)-7x7 surface was used for the lateral transport measurements. In order to avoid damaging the STM tips and the 7x7-surface, the distance-dependent 2-point measurements were performed in tunneling contact. The results were compared with a 2-point model for 3D and 2D charge transport. This comparison showed better correlation with the results for the 2D model than for the 3D model.

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