CC BY
7sovbtv™ квантовая макрофизика конденсированных сред
Покрытые графеном Ni-иглы для СТМ-литографии атомной точности
1 2
Миргазизова Е.Ф.
1- Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», Москва 2- Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Москва
Е-mail: emirgazizova@nsc. gpi. ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-38-40 В настоящее время активно развивается наноэлектроника на основе отдельных примесных атомов в кремниевой матрице (singleatom nanoelectronics) [1], в которой используются как отдельно встроенные атомы в качестве квантовых точек, так и двумерные массивы с концентрацией, обеспечивающей переход диэлектрик-металл, для управления квантовым транспортом. Все технологические операции (в стандартном подходе планарных технологий) проводятся в контролируемых условиях сверхвысокого вакуума. В качестве резиста используются моноатомные слои адсорбата (водород [2], галогены [3]). Окна с атомно-резкими краями в резисте (маска) формируются зондом (иглой) сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Для легирования и функционализации используется адсорбция соответствующих молекул. Для запечатывания схемы применяется низкотемпературная гомоэпитаксия. Подложкой является грань (100).
Для воспроизводимого технологического воздействия на поверхность твёрдого тела зондом СТМ необходимо иметь достаточно инертную и прочную поверхность острия зонда. Как показывает опыт, острие W- или Pt/Rh-игл, обычно применяемых в СТМ, в режиме туннельного контакта может менять своё состояние при подаче импульсного напряжения, что приводит к плохо воспроизводимым результатам СТМ-литографии кремния [4, 5]. В данной работе представлены методы создания и контроля СТМ-игл, покрытых монослоем углерода. Использованы иглы из чистой (99.98 %) никелевой проволоки, на поверхности которых реализован термопрограммируемый рост графена (Gr) [6]. Критерием наличия графена на острие Ni-иглы является специфическая плотность
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
18-20 октября 2022 г
электронных состоянии, проявляющаяся в спектрах дифференциальной проводимости dI/dUt при туннелировании. Принимая во внимание, что dI/dUt определяется плотностью электронных состояний обоих контактов, в качестве второго контакта выбрана грань Си(100), имеющая постоянную плотность состояний вблизи энергии Ферми (Ер), ±1 эВ [7]. Условия синтеза графена: доза пропилена 500-1000 Ленгмюр при комнатной температуре с последующим отжигом при 500 °С в течение 3-4 часов. Измерения и технологические процедуры проведены в сверхвысоковакуумной установке, оснащенной электронным оже-спектрометром, дифрактометром медленных электронов и СТМ GPI-300 [8], при давлении остаточных газов менее 6-10 11 Торр.
На рис. 1 приведена кривая дифференциальной проводимости туннельного контакта иглы с углеродным покрытием и поверхности Си(100) [№/С йр-Си(100)]. Данная зависимость близка к аналогичной кривой для контакта W tip-Gr/№(111), полученной нами в эксперименте (у W-иглы постоянная плотность электронных состояний в окрестности Ер), и не противоречит данным ФЭСУР (фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением) для поверхности Gr/Ni(111). На примере Си(100) (вставка к рис. 1) подтверждена способность №/С-иглы получать атомное разрешение на поверхности металлов. В докладе будут обсуждены детали эксперимента и доказательства наличия графена на острие №-иглы.
.¡.О
2,5
2.0 □"15
1.0
0.0
1500 1000 -500
и. мв
Рис. 1. Кривая дифференциальной проводимости поверхности
Си(100), снятая иглой с углеродным покрытием. Вставка: СТМ-изображение (25x25 А, 1=0.8 нА, и = -6.64 мВ)
™™дыГу™ квантовая макрофизика конденсированных сред
поверхности Си(100)
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 21-12-00299). Автор выражает благодарность научному руководителю, д.ф.-м.н. Ельцову К.Н. и к.ф.-м.н. Павловой Т.В. за постановку научной задачи, помощь в измерениях и обсуждение результатов.
1. E. Prati, T. Shinada (Eds.), Single- atom nanoelectronics, first ed., Pan Stanford Publishing Pte Ltd, Singapore, 2000.
2. Hamilton A.R., Klochan O., Danneau R., et al. Int. J. Nanotechnol. 2008, 5(2/3), 352-369.
3. Pavlova T.V., Kovalenko S.L., Eltsov K.N. Appl. Surf. Sci. 2020, 509, 145235.
4. Rashidi M., Wolkov R A. ACS Nano. 2018, 12, 5185-5189.
5. Pavlova T.V., Shevlyuga V.M. Andryushechkin B.V. et al. Appl. Surf. Sci. 2022, 591, 153080.
6. Коваленко С.Л., Павлова Т.В., Андрюшечкин Б.В. и др. Письма ЖЭТФ. 2017, 105(3), 170-174.
7. Baldacchini C., Chiodo L., Allegretti F. et al. Phys. Rev. B. 2003, 68, 195109.
8. http://sigmascan.ru/index.php/ru/menu-uhvstm
9. Varykhalov A., Sánchez-Barriga J., Shikin A.M., et al. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 157601.
