Mikroskopie mit ballistischen Elementen

(2007), VIII, 172 S.
Dissertation / Fach: Physik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2007
Abstract:
Die vorliegende Arbeit präsentiert atomar und molekular aufgelöste Messungen zum ballisti-schen Transport von Elektronen durch ultradünne Metallschichten und organische Moleküle. Die Messungen erfolgten mit Hilfe der „Ballistischen Elektronen Emissions Mikroskopie“ (BEEM), einer auf der Rastertunnelmikropskopie basierenden Drei-Punkt-Messmethode zur Charakterisierung von Schottky-Dioden und deren Grenzflächen. Am Beispiel von Ag/Si zeigt der Vergleich zu bereits bestehenden Messungen für Au/Si viele ähnliche Effekte der unterschiedlichen Metallfilme. Es stellte sich heraus, dass die Eigen-schaften der Schottky-Dioden bei Ag/Si nahezu unabhängig von der Wahl der Substratorien-tierung (Si(111) oder Si(100)) sind. Vielmehr spielt die Präparation des Siliziumsubstrats eine entscheidende Rolle (Wasserstoff terminiert oder geflasht auf ca. 1500 K). Lateral aufgelöste BEEM-Messungen zeigen, dass für Ag/Si, wie für die elektronisch ähnli-chen Au/Si-Dioden, an Stufenkanten des Metallfilms ein erhöhter ballistischer Strom sowohl für ein Si(111) als auch ein Si(100)-Substrat auftritt. Messungen zu Wismut auf Silizium-Dioden liefen einen direkten Vergleich des Einflusses von Bandstruktureffekten im Metall-film auf den ballistischen Transport. Im Gegensatzt zu Silber erlaubt Wismut eine Injektion von Elektronen in der Nähe des Gammapunktes, so dass für propagierende Elektronen der Unterschied in der Bandstruktur der beiden Siliziumsubstrate (Si(111) und Si(100)) sichtbar wird. Der bekannte Stufenkanteneffekt im ballistischen Strom tritt für Bi/Si nur bei einem (111)-orientierten Siliziumsubstrat auf. Weiterführend konnte das Wachstum der Wismutfilme präzise bestimmt werden, da das BEEM-Signal auch auf Korngrenzen im Wismutfilm, Grenzflächeneffekte und die atomare Struktur der Metalloberfläche sensitiv ist. Nach erfolgreicher Charakterisierung wurden die Bi/Si Dioden zur Detektion ballistischer Ströme durch molekulare Adsorbatschichten benutzt. Im Gegensatz zur bisherigen Verwen-dung von BEEM wurde die zu studierende Spezies nicht an der Grenzschicht, sondern oben auf der Metallelektrode platziert. Dadurch war es möglich, den Transport ballistischer Elekt-ronen durch Adsorbate zu studieren. Diese neue, Nahfeld Elektronen Transmissionsmikro-skopie bei Energien zwischen der Fermi- und der Vakuumenergie wurde zunächst an zwei Modellmolekülsystemen, dem C60 Fulleren und dem Perylenderivat PTCDA, durchgeführt. Bedingt durch die neuartige BEEM-Geometrie wird die erreichbare Auflösung durch den Tunnelprozess bei der Injektion bestimmt, so dass für beide Moleküle intermolekulare Auflö-sung der Pfade der ballistischen Elektronen erreicht wurde.

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