Ballistischer Transport durch Nanostrukturen
Ballistischer Transport durch Nanostrukturen
Das Nanoprobe ist ein Rastertunnel-Mikroskop, das mit 3 unabhängigen Rastertunnel-Einheiten ausgerüstet ist. Diese 3 verschiedenen Tunnelsmikroskope können simultan auf einer Probe operieren. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Untersuchung Dissipationsprozessen an Oberflächen. An der Anlage finden zwei verschiedene Methoden Anwendung:
- Die Ballistische Elektronen Emissions Mikroskopie (BEEM)
- Die Raster-Tunnel-Potentiometrie
BEEM
Bei der Ballistischen Elektronen Emissions Mikroskopie untersucht man den ballistischen Transport durch Metallfilme mit einer Filmdicke von wenigen Nanometern. Als ballistische Elektronen bezeichent man dabei die Elektronen, die keine Energie durch Streuung verloren haben. Dadurch liefert BEEM Informationen über Streuzentren im Film und über die Energieverlustmechanismen der Elektronen.
Methode
Bei BEEM wird auf einem Halbleitersubstrat ein dünner Metallfilm aufgewachsen. Dieser hat typischerweise eine Dicke von 3-5nm. An der Metall-Halbleiter-Grenzfläche ergibt sich eine Schottky-Barriere. Eine Spitze kontaktiert nun den Metallfilm und eine weitere injiziert Elektronen in diesen.
Die Elektronen, die in den Metallfilm injiziert werden, werden über die Kontaktspitze abgeführt. Dieser elektronische Zweig verhält sich wie ein reguläres STM. Als Besonderheit von BEEM wird simultan zum Tunnelstrom auch der resultierende Strom an dem Halbleiter gemessen. Dieser Strom, den man als BEEM-Strom bezeichnet, setzt sich aus dem Anteil der Elektronen zusammen, der den Metallfilm ohne Energieverlust passiert hat.
Durch Auswerten der BEEM-Stroms erhält man Informationen zu Streuprozessen und Energiedissipation in der Metallschicht. Weiterhin lässt sich die Höhe der Schottky-Barriere mit hoher lokaler Auflösung bestimmen. Ein wesentlicher Vorteil von BEEM ist die simultane Messung von Topographie und BEEM-Strom. BEEM ist hat daher eine laterale Auflösung im Sub-Nanometer-Bereich.
Ergebnisse
Am System Wismuth auf Silizium wurden Messungen zum ballisitischen Tranport durchgeführt. Dabei ergibt sich ein überhöhter BEEM-Strom an Stufenkanten auf der Probe. Der Hintergrund hierbei ist, dass sich durch eine Änderung im Injektionswinkel der ballistischen Elektronen ein besserer Transmission an der Schottky-Barriere ergibt (Bandstruktureffekt des Siliziums).