Р ис. 7.12. Енергетичнi схеми контакту, якi пояснюють стрибки кондактанса

Щоб визначити величину δφ, скористаємося енергетичними циклами, в яких електронний заряд переноситься спочатку на нескiнченнiсть, а потiм у береги – електроди. За аналогiєю зi сферичним кластером, виражаючи потенцiал iонiзацiї вже зарядж зарядом +eδN зразка як

i енергiю прилипання заряду −e∆ до резервуарiв як EA = W₀∆, а потiм прирiвнюючи їх, отримаємо (8)

Зауважимо, що величина ∆ може бути нескiнченно малою, оскiльки через контакт “останнiй” електрон може переходити тiльки частково (тобто його з вiдмiнної вiд нуля ймовiрнiстю мона знайти по обидва боки геометричного контакту).

Передбачається також, що ємнiсть C вiдповiдає повнiй ємностi C_c обох контактiв. Справедливiсть такого припущення залежить вiд геометрiї кластера. Поблизу граней паралелепiпеда надлишковий позитивний заряд через наявнiсть плоских граней має поверхневий розподiл, аналогiчно, як у реальнiй iонiзацiї. Для кластера-кульки в безпосередньому контактi з електродами це неправильно, але справедливо для кластера-паралелепiпеда. Тодi, припускаючи, що

C_c = eδN/δφ, δN « N i ∆ → 0, з виразу (8) випливає eδφ = W₀ − W. (9)

Тепер, наприклад, енергетичний спектр E_n1x електронiв, що залишилися в пластинцi (N₁ = N −δN), можна визначити, розв’язавши рiвняння для прямокутної ями iншої глибини: U₁=U-eδΦ (10)

де U вiдповiдає iзольованiй пластинцi.

1. Викласти принципіальні результати експериментів по дослідженню стану плівок за допомогою скануючого тунельного мікроскопу

Скануючий тунельний мікроскоп (СТМ) є ефективним інструментом створення нанорозмірних структур. Можливості цього були продемонстровані при модифікації поверхонь металів, а саме при створенні таких структур, як «квантовий корал».

Особливістю експериментів з використанням СТМ є використання дуже низьких температур зразка. Це пов’язано з рухливістю адатомів при більш високих температурах. Перенос атомів здійснюється як уздовж поверхні – латеральне переміщення, так і між зразком і зондом СТМ – вертикальне перенесення.

Ямки або опуклості (острівці) були сформовані на поверхні зразків за допомогою зонда СТМ при прикладенні між ними імпульсів напруги, звичайно мілісекундної тривалості. Імпульси подаються в моменти, коли зонд СТМ підводиться до поверхні зразка до відстані в 3˚A. Під дією імпульсу напруги величиною ¼ 3 В поверхня модифікується завдяки хімічній і механічній взаємодії атомів зонда і зразка. При подачі більш високих напруг в інтервалі 4¡ 6 В в режимі постійного тунельного струму СТМ, коли відстань між зразком і зондом становить величину приблизно 0; 6 ¡ 0; 8 нм, спостерігається видалення атомів з поверхні зразка кремнію. Видалення відбувається через утворення і перенесення позитивних або негативних іонів під дією сильного електричного поля СТМ. Цей процес був використаний для створення канавок шириною кілька нанометрів на поверхні кремнію.

Крім переносу атомів між зразком і зондом СТМ відбувається і переміщення адатомів уздовж поверхні зразка вслід за рухом зонда. Таке переміщення зумовлене наявністю градієнта електричного поля і відбувається у напрямку до місця більш сильного поля, тобто до центру взаємодії зразка і зонда. Модифікація поверхні зразка за допомогою зонда СТМ також може здійснюватися і без подання напруги, тобто при механ контакті зонда і зразка.

При негативній напрузі на вістрі поверхневі атоми зразка переміщуються до “центру” взаємодії, створюючи тривимірний острівець розміром близько 10 нм. На відміну від методів, що базую ться на прикладенні імпульсів напруги, при яких за імпульс пе-реноситься невеликий кластер атомів, методи, що використовують підвищені стаціонарні напруги зсуву, створюють процес безперерв-ного переносу атомів з постійною швидкістю. Швидкість переміще-ння визначається величиною як заданого тунельного струму, так і прикладеної напруги. Скануванням поверхні зондом СТМ у режимі безперервного переміщення атомів можуть бути створені лінії на поверхні зразка. Процес переміщення атомів може бути описаний розмірним співвідношенням між швидкістю переміщення, величиною напруги зсуву і ефективним дипольним моментом атомів на поверхні. Це співвідношення дозволяє зробити оцінку величин ефективних дипольних моментів, а також енергій взаємодії між цими дипольними моментами і прикладеним електричним полем. Утв.острівців Sі:

Зростання острівців кремнію під дією зонда СТМ залежить від величини тунельного струму. Добре відтворене зростання острівців спостерігається при порівняно малих тунельних струмах (< 0; 5нA). При більших тунельних струмах висота острівців у середньо

му збільшується з ростом тривалості взаємодії між зразком і зондом, однак це збільшення не є монотонним. Зворотний зв’язок СТМ спрямований на підтримку постійної величини тунельного струму через зміну відстані між зондом і зразком. В умовах роботи зворотного зв’язку виникнення флуктуацій тунельного струму викликає появу механічних вібрацій зонда СТМ у напрямку до поверхні зразка. Вібрація може призвести до механічного контакту зонда і зразка, а потім і до утворення ямки на поверхнізразка.

При позитивній напрузі на поверхні утвориться невелике поглиблення – в цьому випадку в результаті переносу атомів із зразка на вістря зонда на ньому ріс острівець.

Утворення острівця на зразку при негативній напрузі, а також ріст голки на поверхні вістря зонда при позитивній напрузі свідчать про те, що швидкість переносу негативних іонів вища, ніж позитивних.