Исследование электрических характеристик туннельного контакта зонд-образец

Туннельный микроскоп в режиме сканирующей туннельной спектроскопии позволяет исследовать электронные свойства образца. В частности, туннельный микроскоп «УМКА - 02G» (и его модификации) даёт возможность получать локальные электронные характеристики с распределением по поверхности.

В статье [90] исследуются процессы образования наночастиц золота и серебра в коллоидных растворах. Все нанокомпозиты, представленные в работе, имеют нелинейные ВАХ, их форма зависит от природы подложки и от состава металлополимерной композиции. Для наночастиц золота наблюдается S-образная вольт-амперная характеристика. К тому же на данных BAX присутствуют участки отрицательного дифференциального сопротивления, и поэтому они могут использоваться для создания разных функциональных устройств и изделий, таких, как транзисторы, генераторы высокочастотного излучения, логические переключатели и т.д. У всех поверхностей данного вещества ширина запрещающей зоны стремится к нулю. В отличие же от наночастиц золота, наночастицы серебра имеют ширину запрещающей зоны порядка 0,5-0,7 эВ, что может быть связано с наличием оксидной плёнки на поверхности серебра, которая в случае золота отсутствует.

В случае измерения BAX полимерных слоёв, в которых отсутствуют наночастицы серебра, нелинейность обусловлена их туннельной проводимостью. В случае тока с ограниченным пространственным зарядом BAX удовлетворительно распрямляется, чего нельзя наблюдать при обработке представленных BAX в координатах механизмов Пула-Френкеля. Авторами была замечена обратная зависимость величины туннельного тока от толщины нанокомпозитного слоя. Также была обнаружена неоднородность электрических свойств, которая может объясняться локальными химическими и локальными структурными факторами.

Туннелирование электронов в системе металл - диэлектрик - металл составляют результаты измерений электропроводности.

При помощи сканирующего туннельного микроскопа в работе [91] были получены вольт-амперные характеристики углеродных нанотрубок. Предсказано, что углеродные нанотрубки обладают металлическими и полупроводниковыми свойствами в зависимости от их диаметра и хиральности. Из полученных в работе данных авторами сделан вывод о том, что углеродные нанотрубки с диаметром от 2,0 до 5,1 нм имеют металлическую плотность состояний. Также авторами наблюдались листы графена, которые имеют приблизительно 4 слоя графита в толщину.

Использование полупроводниковых нанонитей для оптоэлектроники требует оценки их вольт-амперных характеристик, поэтому в [92] также используя туннельный микроскоп, определялись вольт-амперные характеристики индивидуально-выращенных нанонитей. Также были сформированы омические контакты на InPи InAsнанонитях без какой-либо обработки образца с последующей количественной оценкой зависимости диаметра от вольт-амперной характеристики. А в [93] с помощью BAX анализировались свойства микроконтактов TiB₂в нанометровом диапазоне. В ходе эксперимента сделаны выводы о том, что микроконтакты TiB₂могут поддерживать напряжение от 0,1 до 1 В, прежде чем начнётся процесс плавления. Данные экспериментальные результаты очень хорошо согласуются с теоретической моделью.

В работе [94] методами СЗМ исследовалась проводимость зёрен сегнетоэлектрических плёнок Pb(Zr-Ti)O_i (PZT), для которых наблюдаются спонтанная поляризация и высокие пьезоэлектрические коэффициенты.

Органические фотоэлектрические агрегаты используют поверхностно- активные термически осаждённые металлические наночастицы, ускоряющие абсорбцию. Такие устройства были произведены авторами работы [95]. Характеристики данных агрегатов были получены различными методами, включая вольт-амперную характеристику, атомно-силовую микроскопию, сканирующую электронную микроскопию, спектроскопию и оптическую спектроскопию. Результаты вольт-амперных характеристик в дальнейшем были проанализированы при помощи модели простой схемы со сосредоточенными постоянными. Авторами показано, что наночастицы способствуют повышению абсорбции, при этом они испытывают воздействие от высокой рекомбинации, которая ведёт к понижению производительности. Агрегаты, расположенные близко к электродам, имеют наивысшую рекомбинацию. Слоистость наночастиц в активных слоях доказывает полезность в понижении рекомбинации и создании хорошо функционирующих агрегатов. В работе посредством термического испарения были подготовлены наночастицы. Тонкий слой испарённого вещества формировал островки, которые, в свою очередь, формировали наночастицы островного типа. Таким испарением получают однотипные слои хорошо дисперсированных наночастиц золота и серебра (в работе выполнены исследования только для наночастиц серебра). Вследствие поверхностного плазмонного резонанса наночастицы имели пики с высотой около 470° нм, которые не сглаживались даже при встраивании их в РЗНТ:РСВМ устройства.

Такие наночастицы помогают увеличивать абсорбцию солнечных панелей, но оказывают негативное влияние на восстановление.

Авторами работы [96] были проведены исследования вольт-амперных характеристик плёнок углеродных нанотрубок (УНТ). Образцы Ag/УНТ/ Agбыли получены электрохимическим способом и осаждением плёнок из суспензии. На рис. 13 представлены вольт-амперные характеристики изучаемых образцов.

Рис. 13. Вольт-амперные характеристики углеродных нанотрубок, полученных электрохимическим методом (1) и осаждением из суспензии (2) [96].

Из рис. 13 видно, что BAX образца, который был получен электрохимическим методом, является ассиметричной (коэффициент выпрямления равен 3), кривая BAX образца, полученного осаждением из суспензии, является симметричной. Присутствие выпрямляющейся BAX авторы связывают с электромиграцией ионов Agс электрода в плёнку, наличием примесей в материалах, а также с электромиграцией и ориентацией частиц

нанотрубок как диполей. Таким образом, исследователями были получены образцы, которые подходят для изготовления диодов.

Авторами работы [97] рассмотрена возможность моделирования атомно­силового микроскопа при условии основным параметров формирования сигнала. Очень важна на практике задача восстановления сигнала в ACM при зондировании по известному сигналу. Такая задача может быть решена при помощи интегрального уравнения Вольтерры 2-го рода:

Данное уравнение решается численными методами.

Исследование BAX позволяет, в частности, фиксировать фазовый переход 2-го рода [98]. В данной работе исследовались электрофизические свойства сверхтонких жидких кристаллов. Полученные BAX в области напряжений U = +0,6 мВ (измерения на постоянном токе) носят практически линейный характер даже при изменении температуры, нелинейность BAX проявляется при исследовании образцов на переменном токе частотой 10 кГц и в области напряжений [7 = ±1B даже в более узком температурном интервале, чем для случая измерений на постоянном токе.

1.4.