Studium heteroepitaxe kovů na povrchu Si(001)2x1 pomocí STM

Student: Jakub Javorský
Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.
Konzultant: RNDr. Pavel Sobotík, CSc.
Stav práce: obhájená

Abstrakt:

Znalost procesů při epitaxním růstu na atomární úrovni je předpokladem pro řízenou přípravu nanostruktur na orientovaných površích polovodičů. Kromě vrstevnatých (2D) struktur, které se již využívají v elektronických prvcích jako tzv. kvantové jámy, se výzkum růstu uspořádaných struktur zabývá vytvářením „jednorozměrných“ a „bodových“ objektů – kvantových drátů (1D) a kvantových teček (0D). Tato uspořádání atomů na povrchu se vyznačují rozměrově podmíněnými vlastnostmi (např. elektronovou strukturou), které se mohou uplatnit v elektronických prvcích pracujících na nových principech, ve strukturách senzorů plynů a povrchových katalyzátorů chemických procesů. Symetrie roviny (001) monokrystalu křemíku s povrchovou rekonstrukcí 2x1 představuje přirozenou předlohu pro růst orientovaných struktur kovů – především 1D struktur.

Rastrovací tunelová mikroskopie (STM) je technika, která umožňuje studovat vodivé povrchy s atomárním rozlišením v reálném prostoru a kromě morfologie poskytuje i informaci o lokální hustotě elektronových stavů na povrchu. Sledováním povrchových procesů pomocí STM v reálném čase lze studovat přímo jejich kinetiku a analýzou měření za různých podmínek určovat jejich mikroskopické parametry.

Téma práce se opírá o experimentální a teoretické výsledky získané při studiu růstu kovů na křemíku pomocí STM ve skupině tenkých vrstev. Nově se zaměřuje na povrch Si(001)2x1, kde lze očekávat růst „jednorozměrných“ struktur – kvantových drátů.

• Zvládnutí experimentálních technik STM pro studium povrchových struktur a procesů v ultravakuových podmínkách.
• Příprava povrchu Si(001)2x1 a depozice vybraného kovu (Ag, Al, resp. In).
• Studium adsorpce atomu kovu na povrchu, povrchové difuse a nukleace při různých podmínkách, stanovení růstových charakteristik a přímé měření parametrů povrchové difuse.

Práce je součástí programu zaměřeného na studium růstu uspořádaných struktur kovů na površích křemíku pomocí STM experimentů a kinetických Monte Carlo simulací růstu. Pro experimenty jsou určeny dvě ultravakuové experimentální komory vybavené STM systémy. Student dále získá možnost tvůrčího uplatnění v celé řadě souvisejících aktivit (modifikace a příprava experimentů, měřících a řídicích systémů STM, programového vybavení pro řízení experimentů, sběr dat či zpracování obrazové informace) – podle zájmu. O absolventy magisterského studia se znalostmi techniky STM se v současnosti zajímá řada českých i zahraničních laboratoří. Dané téma může být dále rozvinuto v rámci doktorského studia.Podrobnější informace podám rád osobně.

I.	II.	III.

Zobrazení povrchu Si(001) 2x1 v STM. Schody s různou orientací dimerových řad povrchové rekonstrukce (I.), detailní uspořádání povrchu s defekty: zobrazení při tunelování elektronů z hrotu STM do vzorku (II.) a obráceně (III.)