Studium adsorpce atomů kovů na povrchu Si(111) 7x7 pomocí STM

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

Abstrakt:

Řízená příprava nanostruktur na orientovaných površích polovodičů vyžaduje detailní znalost procesů při epitaxním růstu na atomární úrovni. 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 povrchu (111) monokrystalu křemíku s povrchovou rekonstrukcí 7x7 představuje přirozenou předlohu pro růst orientovaných struktur kovů – zejména uspořádaných polí kvantových teček.

Rastrovací tunelová mikroskopie (STM) je technika, která umožňuje studovat vodivé povrchy s atomárním rozlišením v reálném prostoru a kromě informace o struktuře 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.

Diplomová práce tematicky navazuje na dosud získané experimentální a teoretické výsledky při studiu růstu kovů na křemíku ve skupině tenkých vrstev. Zaměřuje se na dosud nezkoumané kovy a nově na detailní studium obsazování adsorpčních pozic pomocí měření STM při nízkých teplotách, kdy je snížena energie tepelných kmitů atomů substrátu a povrchová mobilita adsorbovaných kovových atomů.

• Zvládnutí experimentálních technik STM pro studium povrchových struktur a procesů v ultravakuových podmínkách a přípravy nízkoteplotního experimentu.
• Příprava povrchu Si(111)7x7 a depozice vybraného kovu (Ag, Al, resp. dalšího podle výsledků orientačních experimentů).
• Studium adsorpčních pozic atomu kovu v půlcele povrchové rekonstrukce, přeskoků mezi adsorpčními pozicemi a stanovení aktivačních energií. Stanovení morfologie víceatomových klastrů v půlcele rekonstrukce.

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 a systémy chlazení vzorků do 100 K resp. 10 K. Diplomant bude mít navíc možnost tvůrčího uplatnění v širokém spektru 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 poskytnu rád osobně.

Povrch Si(111) 7x7 s jednotlivými atomy Ag v trojúhelníkových půlcelách rekonstrukce. Při pokojové a vyšších teplotách jsou atomy Ag v rámci půlcel velmi pohyblivé a pomocí STM nelze zachytit jejich okamžitou polohu. Snížením teploty se jejich pohyb mezi adsorpčními pozicemi zpomalí natolik, že je lze pomocí STM lokalizovat.