Aufbau einer Vierspitzen-Rastertunnelmikroskop/Rasterelektronenmikroskop-Kombination und Leitfähigkeitsmessungen an Silizid Nanodrähten
Zubkov, Evgeniy - Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (2013)
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.