Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2026, выпуск 8 » Статья стр. 1622
<<<>>>
"Артефакты" в нанозондовых измерениях: квантование проводимости, поведение доноров и автоэмиссия в системе подложка--нанозонд
Корепанов В.И.1, Трофимов О.В.1, Шаповал С.Ю.1
1Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, Черноголовка, Московская обл., Россия
Email: korepanov@iptm.ru, tov@iptm.ru, shapoval@iptm.ru
Поступила в редакцию: 23 января 2026 г.
В окончательной редакции: 5 апреля 2026 г.
Принята к печати: 17 апреля 2026 г.
Выставление онлайн: 9 июня 2026 г.
PDF версия
Представлены результаты экспериментального исследования артефактов, возникающих при использовании нанозондов с одиночным атомом на острие в сканирующей туннельной микроскопии и в качестве наноэмиттеров. Методом электрохимического травления и последующей плазменной очистки были изготовлены вольфрамовые зонды с радиусом кривизны порядка 10 Angstrem. В экспериментах по сближению и удалению зонда с поверхности золотой пленки наблюдалось квантование проводимости в единицах 2e2/h и его долей, что связано с формированием нанопроводящих каналов. Исследования поверхности легированного полупроводника GaAs показали, что электроны доноров, расположенных в приповерхностном слое, остаются локализованными и не участвуют в проводимости, тогда как электроны подповерхностных доноров вносят вклад в проводимость, что проявляется в контрасте СТМ-изображений. В многослойных гетероструктурах с дельта-легированием зарегистрированы осцилляции дифференциальной проводимости, указывающие на латеральное квантование носителей заряда. Кроме того, для вольфрамовых наноэмиттеров размером ~1 nm обнаружены отклонения от закона Фаулера-Нордгейма и осцилляции дифференциальной проводимости, что свидетельствует о наличии размерного квантования в зоне проводимости. Результаты демонстрируют значительное влияние наноразмерных эффектов на результаты зондовых измерений и могут быть использованы для разработки методов наноэлектроники и диагностики материалов с атомарным разрешением. Ключевые слова: сканирующая туннельная микроскопия, квантование проводимости, нанозонд, размерное квантование, наноэмиттер.
  1. F. Braun. Annalen Der Physik, 229, 556--563 (1875). https://doi.org/10.1002/andp.18752291207
  2. G.W. Pickard. Detector for wireless telegraphy and telephony, (US1104073A, 1914), https://patents.google.com/patent/US1104073/en (accessed December 23, 2025)
  3. D.H. Dickey, J.R. Ehrstein. Spreading resistance analysis for silicon layers with nonuniform resistivity (National Bureau of Standards, Gaithersburg, MD, 1979). https://doi.org/10.6028/NBS.SP.400-48
  4. D.H. Dickey. The Electrochem. Society, 12, 151 (1963)
  5. G.F. Lymar. Russ. Electrical Engineering, Series 2 Semiconductor Devices, 4, 3 (1970)
  6. S.Yu. Shapoval, I.I. Lapidus, V.A. Malyshev. Russ. Microelectron, Series 3, 1, 10 (1978)
  7. I.I. Lapidus, S.Yu. Shapoval, V.A. Malyshev. Factory Laboratory, 43, 335 (1978)
  8. G. Binnig, H. Rohrer, G. Binnig, H. Rohrer. Rev. Mod. Phys., 59, 615 (1987). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.59.615
  9. G. Binnig, H. Rohrer, G. Binnig, H. Rohrer. Surface Sci., 126, 236 (1983). https://doi.org/10.1016/0039-6028(83)90716-1
  10. I. Shiraki, T. Nagao, S. Hasegawa, C.L. Petersen, P. B ggild, T.M. Hansen, F. Hansen. Surf. Rev. Lett., 07, 533 (2000). https://doi.org/10.1142/S0218625X00000592
  11. В.А. Смирнов, Р.В. Томинов, Н.И. Алябьева, М.В. Ильина, В.В. Полякова, Ал.В. Быков, О.А. Агеев. ЖТФ, 88 (8), 1273 (2018). https://doi.org/10.21883/JTF.2018.08.46320.2351
  12. R.J. Hamers, R.M. Tromp, J.E. Demuth. Phys. Rev. Lett., 56, 1972 (1986). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.1972
  13. R.J. Hamers. Annu. Rev. Phys. Chem., 40, 531 (1989). https://doi.org/10.1146/annurev.pc.40.100189.002531
  14. V. Dremov, V. Makarenko, S. Shapoval, O.T.V. Beshenkov, I. Khodos. Nanobiology, 3, 83 (1994)
  15. A.K. Geim, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, K.S. Novoselov, A.A. Zhukov, S.Yu. Shapoval. Nature Mater, 2, 461 (2003). https://doi.org/10.1038/nmat917
  16. V. Dremov, S.Y. Shapoval. JETP Lett., 61, 336 (1995)
  17. H. Kasai, T. Kakuda, A. Okiji. Surf. Sci., 363, 428 (1996). https://doi.org/10.1016/0039-6028(96)00282-8
  18. J.L. Costa-Kramer, N. Garci a, H. Olin. Phys. Rev. B, 55, 12910 (1997). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.55.12910
  19. K. Takayanagi. Foundations of Quantum Mechanics in the Light of New Technology (WORLD SCIENTIFIC, Hatoyama, Saitama, Japan, 2002), p. 205--210. https://doi.org/10.1142/9789812776716_0042
  20. N.V. Khotkevych, Yu.A. Kolesnichenko, J.M. Van Ruitenbeek. Low Temperature Phys., 38, 503 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4723673
  21. J.F. Zheng, X. Liu, N. Newman, E.R. Weber, D.F. Ogletree. Phys. Rev. Lett., 72, 1490 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.72.1490
  22. S. Shapoval, V. Gurtovoi, U. Hakansson, L. Samuelson, L. Montelius. Atomic Resolution Observation of GaAs Doped with Sn by Scanning Tunneling Microscopy (1998)
  23. R.M. Feenstra, G. Meyer, F. Moresco, K.H. Rieder. Phys. Rev. B, 66, 165204 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.165204
  24. V. Gurtovoi, V. Dremov, V. Makarenko, S.Y. Shapoval. Semiconductors, 29, 986 (1995)
  25. V. Dremov, S.Y. Shapoval, V. Dremov, S.Y. Shapoval. The ballistic emission in vacuum, in: Abstracts of IX Russian Symposium on Scanning Electron Microscopy and Analytical Methods of Solids Investigations (SEM'95) (Chernogolovka, Russia, 1995), p. 51
  26. K.S. Yeong, J.T.L. Thong, K.S. Yeong. J. Appl. Phys., 100, 114325 (2006). https://doi.org/10.1063/1.2400722
  27. D. Matte, N. Chamanara, L. Gingras, L.P.R. De Cotret, T.L. Britt, B.J. Siwick, D.G. Cooke. Phys. Rev. Research, 3 013137 (2021). https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.013137
  28. W. Cheng-Wei Huang, M. Becker, J. Beck, H. Batelaan. New J. Phys., 19, 023011 (2017). https://doi.org/10.1088/1367-2630/aa58bb
  29. S. Li, R.R. Jones, S. Li, R.R. Jones. THz-Induced, High-Energy Electron Emission from Tungsten Nanotips, in: Frontiers in Optics 2015 (OSA, San Jose, California, 2015), p. FM1A.3. https://doi.org/10.1364/FIO.2015.FM1A.3
  30. B. Colmey, R.T. Paulino, G. Beaufort, D.G. Cooke. Appl. Phys. Lett., 126, 031108 (2025). https://doi.org/10.1063/5.0238527
  31. W. Yu, N. Tan, K. Peng, S. Fan, Y. Fu, K. Jiang, Z. Yun, L. Wang, R. Li, Y. Du, L. Yan, C. Tang, W. Huang. Terahertz-Driven Nano-tip Field-Emission Electron Gun and Cascaded Acceleration (2025), https://doi.org/10.48550/ARXIV.2508.17080
  32. H. Yanagisawa, T. Greber, C. Hafner, J. Osterwalder. Phys. Rev. B, 101, 045406 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.045406
  33. J. Van Laar, A. Huijser, T.L. Van Rooy. J. Vacuum Sci. Technol., 14, 894 (1977). https://doi.org/10.1116/1.569324
  34. M. Leng, C.S. Lent. Phys. Rev. B, 50, 10823 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.10823
  35. Z.X. Lim, I.A. Tayeb, Z.A.A. Hamid, M.F. Ain, A.M. Hashim, J.M. Abdullah, F. Zhao, K.Y. Cheong. IEEE Trans. Electron Devices, 66, 3110 (2019). https://doi.org/10.1109/TED.2019.2915106
  36. X.-F. Cheng, Y. Zhao, W. Ye, C. Yu, J.-H. He, F.-Y. Wang, J.-M. Lu. J. Mater. Chem. C, 8, 2964 (2020). https://doi.org/10.1039/C9TC06948H
  37. M.B. Johnson, O. Albrektsen, R.M. Feenstra, H.W.M. Salemink. Appl. Phys. Lett., 63, 2923 (1993). https://doi.org/10.1063/1.110274
  38. M.B. Johnson, P.M. Koenraad, W.C. Van Der Vleuten, H.W.M. Salemink, J.H. Wolter. Phys. Rev. Lett., 75, 1606 (1995). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.1606
  39. Z.F. Zheng, M.B. Salmeron, E.R. Weber. Appl. Phys. Lett., 64, 1836 (1994). https://doi.org/10.1063/1.111771
  40. T. Trappmann, C. Surgers, H. v Lohneysen. Europhys. Lett., 38, 177 (1997). https://doi.org/10.1209/epl/i1997-00222-0
  41. A.L. Saraiva, J. Salfi, J. Bocquel, B. Voisin, S. Rogge, R.B. Capaz, M.J. Calderon, B. Koiller. Phys. Rev. B, 93, 045303 (2016). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.045303
  42. M.D. Taylor, G.C. Wetsel, S.E. McBride, R.C. Brown, W.R. Frensley, A.C. Seabaugh, Y.-C. Kao, E.A. Beam. Appl. Phys. Lett., 66, 3621 (1995). https://doi.org/10.1063/1.113807
  43. S.Y. Shapoval, V. Gurtovoi, V. Valyaev, V. Sirotkin, I. Smirnova. Metal nanoprobe induced electrostatic quantization in near surface delta-doped GaAs structure at 300 K, in: Proceedings of the International Symposium " Nanostructures: Physics and Technology" (St. Petersburg, Russia, 1997), p. 22
  44. D.Yu. Ivanov, S.V. Morozov, Yu.V. Dubrovskii, S.Yu. Shapoval, V.V. Valyaev, V.L. Gurtovoi. JETP Lett., 66, 737 (1997). https://doi.org/10.1134/1.567590
  45. V.V. Valyaev, V.L. Gurtovoi, D.Yu. Ivanov, S.V. Morozov, V.V. Sirotkin, Yu.V. Dubrovskii, S.Yu. Shapoval, Yu.N. Khanin, E.E. Vdovin, A.N. Pustovit. J. Exp. Theor. Phys., 86, 383 (1998). https://doi.org/10.1134/1.558440

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme