Pomiary elektryczne nanozłączy

Opis

W pracy przedstawiono metody formowania, pomiarów elektrycznych i charakteryzacji nanozłączy stosowane obecnie w nanotechnologii. Opisane metody formowania umożliwiają tworzenie nanozłączy o szerokości pojedynczego atomu charakteryzujących się unikalnymi właściwościami, których nie mają przewodniki o większych wymiarach.

Omówiono sposoby wyznaczania przewodności elektrycznej w zależności od rozmiarów przewodników i podano zakresy ich stosowania. Uzasadniono zależności: Maxwella, na podstawie której można wyznaczyć przewodność elektryczną złącza makroskopowego, oraz Landauera, wykorzystywaną do określania przewodności nanozłączy. Posługując się modelem elektronów swobodnych, pokazano sposób wykorzystania zależności Landauera do obliczenia przewodności nanozłącza.

Opisano budowę systemów pomiarowych stosowanych do pomiaru sygnałów elektrycznych, na podstawie których wyznaczane są wielkości charakteryzujące nanozłącza. Do podstawowych metod charakteryzacji nanozłączy zaliczono: pomiar przebiegu czasowego przewodności oraz wyznaczanie histogramu przewodności i charakterystyki prądowo-napięciowej. Zaproponowano także nowe metody charakteryzacji: zestawienie histogramów pojedynczych przebiegów czasowych oraz trzy typy histogramów 2D korelacji przewodności. Sformułowano trzy estymatory umożliwiające wyznaczenie histogramów 2D wzajemnej korelacji przewodności na podstawie założonej liczby przebiegów czasowych. Przedstawiono sposób kalibracji systemów pozwalający zmniejszyć niepewność wyników pomiarów. Zidentyfikowano główne błędy systematyczne mogące w sposób skuteczny zafałszować wyniki pomiarów oraz zaproponowano metody korekcji tych błędów. Skuteczność tych metod wykazano na przykładowych wynikach pomiarów.

Na podstawie wyników przeprowadzonych pomiarów pokazano sposób wykorzystania przedstawionych metod do charakteryzacji nanozłączy. Na przykładzie nanozłączy formowanych z metali zaprezentowano i omówiono efekty skokowych zmian przewodności, kwantowania przewodności, formowania łańcuchów pojedynczych atomów, nieliniowości charakterystyki prądowo-napięciowej, regularnego zmniejszania szerokości rozciąganego nanozłącza oraz wpływu nanozłączy formowanych pomiędzy zestykami na stany nieustalone w obwodach RLC. Przedstawiono także sposób pomiaru maksymalnego natężenia prądu elektrycznego płynącego przez nanozłącze.

Omówiono specyfikę przygotowania próbki półprzewodnika, formowania nanozłączy oraz pomiarów nanozłączy powstających w obszarze pomiędzy metalem i półprzewodnikiem. Na szczególną uwagę zasługują efekty wykładniczego wzrostu natężenia prądu elektrycznego i wzmocnienia prądu wykryte w nanozłączach formowanych pomiędzy ostrzem z kobaltu i powierzchnią próbki z germanu.