Низкотемпературная туннельная спектроскопия и сканирующая туннельная микроскопия халькогенидов свинца тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, доктор физико-математических наук Рыков, Сергей Александрович

• Рыков, Сергей Александрович
• доктор физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Рыков, Сергей Александрович

Введение

Глава I. Туннельная спектроскопия теллурида свинца с использованием планарных МДП контактов

1.1. Основы метода туннельной спектроскопии полупроводников

1.2. Общие особенности вольтамперных характеристик туннельных МДП контактов

1.3. Туннельная спектроскопия теллурида свинца в квантующем магнитном

1.3.1. Туннельная спектроскопия объемного зонного спектра теллурида свинца

1.3.2. Исследование анизотропии изоэнергетических поверхностей

1.3.3. Туннельная спектроскопия двумерных поверхностных подзон

1.4. Выводы

Глава II. Туннельная спектроскопия резонансных примесных состояний таллия и индия в теллуриде свинца

2.1. Туннельная спектроскопия теллурида свинца, легированного таллием

2.2. Туннельная спектроскопия теллурида свинца, легированного индием

2.2.1. Особенности вольтамперных характеристик туннельных МДП структур на основе РЪТе<1п>

2.2.2. Особенности дифференциальных характеристик туннельных МДП структур на основе РЬТе<1п>

2.2.3. Туннельная спектроскопия МДП структур на основе РЬТе<1п> в квантующих магнитных полях

2.3. Выводы

Глава III. Сканирующая туннельная микроскопия и локальная туннельная спектроскопия халькогенидов свинца 88 3.1. Конструкции низкотемпературных сканирующих туннельных микроскопов

3.2. СТМ исследования объемных монокристаллов и тонких пленок РЬТе<1п>

3.2.1. СТМ исследования кристаллов РЬТе<1п>

3.2.2. Локальная туннельная спектроскопия кристаллов РЬТе<1п>

3.2.3. СТМ и ЛТС исследования тонких пленок РЬТе<1п>

3.3. СТМ и ЛТС исследования эпитаксиальных тонких пленок РЬ8е<С1>

3.4. Модификация поверхности монокристаллов РЬТе с помощью СТМ

3.5. Выводы 131 Заключение 133 Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Низкотемпературная туннельная спектроскопия и сканирующая туннельная микроскопия халькогенидов свинца»

Исследование энергетического спектра электронов в кристаллах было и остается одной из актуальных задач физики полупроводников. На основе адекватных и детальных представлений об энергетическом распределении электронной плотности для зонных, примесных и поверхностных состояний возможны целенаправленная разработка новых эффективных методов получения материалов с заданными свойствами, улучшение характеристик приборов и поиск новых технических применений. С другой стороны, уменьшение характерных размеров отдельных структурных элементов современной твердотельной электроники вплоть до величин нанометрового масштаба требует изучения пространственного распределения электронной плотности при субмикронном разрешении.

К числу наиболее перспективных методов экспериментального исследования электронного спектра в полупроводниках следует отнести метод, основанный на изучении туннельного эффекта в структурах металл - диэлектрик - полупроводник (МДП контактах). Туннельные МДП контакты могут быть созданы в исполнении планарном и точечном (в геометрии сканирующего туннельного микроскопа). Оба типа контактов имеют свои достоинства и их применение к изучению одного и того же объекта дают уникальную возможность детального изучения как энергетического, так и пространственного распределения электронной плотности. Исследуя детали в о льтампер ных характеристик (ВАХ) планарных туннельных МДП структур, можно с высоким энергетических разрешением получить информацию об особенностях плотности электронных состояний (например, положение примесных и поверхностных уровней), о спектрах различных возбуждений (фононов, магнонов и т.д.). Проведение измерений в квантующих магнитных полях позволяет получить прямые количественные данные о законе дисперсии носителей и их эффективной массе в широком интервале энергий. Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), в основе действия которого лежит точечный туннельный контакт металлической иглы с поверхностью проводящего образца (полупроводника или металла), дает возможность с максимально достижимым в настоящее время пространственным разрешением изучить не только особенности рельефа поверхности образца, связанные с локальными неоднородностями, но и получить информацию об энергетическом спектре таких неоднородностей, проводить диагностику микро- и наноструктур.

Узкозонные полупроводники, представителями которых являются халькогениды свинца, имеют широкое практическое применение в качестве приемников и источников ИК излучения, термоэлектрических преобразователей, тензодатчиков и т.д. В настоящее время успешно создаются наноструктуры на их основе, во многих лабораториях проводятся работы, имеющие своей целью встраивание отдельных функциональных элементов на основе узкозонных полупроводников непосредственно в сверхбольшие интегральные схемы на основе единой технологии. В этой связи поиск новых методов исследования энергетического и пространственного распределения электронной плотности в узкозонных полупроводниках представляется несомненно актуальным с практической точки зрения. Применение туннельной спектроскопии к узкозонным полупроводникам долгое время сдерживалось технологическими трудностями создания совершенного, тонкого (туннельно прозрачного) диэлектрического слоя МДП структур, необходимостью разработки высокочувствительных и стабильных измерительных установок, способных регистрировать очень малые нелинейности туннельных ВАХ и позволяющих проводить туннельные эксперименты при низких температурах.

В настоящей работе в качестве объектов исследования выбраны монокристаллы и тонкие пленки халькогенидов свинца - представителей узкозонных полупроводниковых соединений А4В6. Пристальный интерес исследователей к этим полупроводниковым материалам обусловлен не только их практическим применением, но также сочетанием физических свойств, во многих отношениях уникальных. Изучение и стремление к истолкованию этих свойств привело к развитию новых методов исследования и к пересмотру ряда привычных представлений физики полупроводников. К числу неординарных и, несомненно, важных результатов следует отнести обнаружение и исследование резонансных (квазилокальных) примесных состояний. Наиболее детальная и интересная информация получена относительно примесей III группы, главным образом индия и таллия. На основе модели квазилокальных состояний удалось истолковать многие, прежде непонятные, особенности поведения примесей в Л4В6 и предложить новые методы управления их свойствами. В то же время ряд аспектов этой концепции, предложенные в литературе объяснения экспериментальных результатов остаются весьма дискуссионными. Таким образом, исследование энергетического и пространственного распределения электронной плотности в указанных выше узкозонных полупроводниках представляется актуальным и с фундаментальной физической точки зрения.

Российский фонд фундаментальных исследований, Международный научный фонд (фонд Сороса) и Российское правительство решениями научных экспертных советов подтвердили актуальность выполненных в диссертационной работе исследований, предоставив в 1993-1998 гг. гранты на проведение работ (гранты 9302-2041 и 96-02-17197 РФФИ и гранты ШУКООО и *Г№К300 МНФ и Российского правительства).

Цели диссертационной работы могут быть разделены, хотя в значительной степени и условно, на две группы задач.

Первая группа задач носит в основном методический характер. Изучение туннельного эффекта в планарных МДП структурах с целью извлечения информации об особенностях плотности электронных состояний в полупроводниковом электроде (метод туннельной спектроскопии) не имело широкого применения в исследовательской практике, особенно для узкозонных полупроводников с многодолинным анизотропным законом дисперсии, что сопряжено с рядом принципиальных и технологических трудностей. Выяснение возможности применения сканирующего туннельного микроскопа к исследованию узкозонных полупроводников требовало использования принципиально новых конструкций СТМ. Их основной особенностью является способность работать не только при комнатной, но и при низких температурах. Только при низких температурах можно получить более высокое энергетическое разрешение, необходимое для изучения энергетического и пространственного распределения электронной плотности в узкозонных полупроводниках.

Первая группа задач включала в себя:

1. Изготовление планарных туннельных МДП структур необходимого качества: создание на полупроводнике туннель но прозрачного слоя диэлектрика, минимально влияющего на распределение электронной плотности.

2. Разработку критериев качества туннельных МДП контактов, методов анализа их туннельных волътамперных характеристик с обоснованием достоверности извлекаемой из туннельных спектров информации.

3. Проведение пробных СТМ экспериментов с халькогенидами свинца при низких температурах с целью не только изучения рельефа их поверхности в широком диапазоне пространственного разрешения, но и проверки возможности измерения локального энергетического спектра в приконтактных областях полупроводникового электрода. Сравнительный анализ данных, полученных в планарных и точечных туннельных МДП контактах на основе одних и тех же полупроводниковых материалов.

Эти задачи были решены. Исследования показали, что подход, основанный на комплексном использовании планарных туннельных структур и сканирующего туннельного микроскопа для изучения энергетического и пространственного распределения электронной плотности в узкозонных полупроводниках является плодотворным. Это позволило нам сформулировать группу задач, направленных на проведение собственно физических исследований:

Вторая группа задач включала в себя:

1. Исследование с помощью туннельного эффекта в МДП структурах в квантующем магнитном поле энергетического спектра объемных и двумерных поверхностных зонных состояний носителей заряда в РЬТе в возможно более широком интервале энергий, определение энергетической зависимости и коэффициента анизотропии эффективных масс.

2. Сравнительное исследование ВАХ туннельных МДП структур на основе монокристаллов РЬТе как с примесями таллия и индия, так и без них, идентификацию особенностей туннельных спектров, связанных с примесными состояниями, и детальное изучение особенностей туннельных ВАХ.

3. Сканирующую туннельную микроскопию и спектроскопию монокристаллов и тонких пленок РЬТе и РЬЗе с целью изучения пространственной неоднородности распределения электронной плотности и особенностей локальных энергетических спектров.

4. Выяснение возможности модификации поверхности кристаллов халькогенидов свинца с помощью СТМ, диагностику созданных образований субмикронного размера с помощью сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии.

Научная новизна диссертационной работы состоит в обнаружении ряда не известных ранее эффектов, разработке моделей, описывающих полученные результаты, и экспериментальной проверке высказанных ранее теоретических предположений. В первую очередь необходимо отметить следующее:

1. Метод туннельной спектроскопии в квантующем магнитном поле впервые успешно применен для изучения зонной структуры полупроводника с анизотропным многодолинным законом дисперсии - теллурида свинца. Сочетание осцилляционного метода с исследованием ВАХ МДП структуры позволило на образце одного состава количественно определить параметры зонного спектра в широком интервале энергий, исключив влияние на них различий в уровне легирования. Обнаружены электронные двумерные поверхностные состояния в дырочном РЬТе, для основной поверхностной подзоны Е0 определены закон дисперсии и энергетическая зависимость циклотронной эффективной массы.

2. Получена прямая информация об энергетическом положении резонансного уровня таллия в теллуриде свинца и механизме его уширения. Обнаружен гистерезис туннельного тока при изменении направления развертки напряжения смещения для туннельных МДП структур на основе РЬТе<1п>, который связан с образованием метастабильных электронных состояний на примесных центрах индия. Получено прямое доказательство существования метастабильного сдвига энергетических термов в приконтактной области РЬТе<1п> при неравновесной заселенности примесных центров индия электронами. Обнаружены вынужденные колебания сдвига энергетических термов в подконтактной области РЬТе<1п> с частотой модуляции напряжения смещения и появление в туннельном токе ортогональной компоненты, связанной с фазовым сдвигом этих колебаний относительно модулирующего напряжения смещения. На основе данных, полученных с помощью туннельной спектроскопии в квантующих магнитных полях, сделана оценка величины сдвига энергетических термов. Из анализа особенностей туннельных ВАХ, измеренных при различных температурах, получено независимое подтверждение преимущественно парного заполнения примесных центров электронами. Сделаны оценки параметров перестраивающего центра.

3. Локальные туннельные спектры монокристаллов РЬТе<1п>, полученные с помощью СТМ при 4.2 К, подтверждают существование метастабильных электронных состояний на примесных центрах индия и свидетельствуют о высокой пространственной однородности распределения электронной плотности в таких образцах. СТМ исследования блочных эпитаксиальных плёнок РЬТе<1п> показали, что электронный энергетический спектр в кристаллитах соответствует объёмным кристаллам РЬТе<1п> и характеризуется высокой пространственной однородностью. Напротив, энергетическая структура межкристаллитных областей является весьма сложной: в ней могут существовать металлические и высокоомные области, области с аморфной структурой и квантовые точки.

4. При исследовании с помощью СТМ и локальной туннельной спектроскопии (СТМ/ЛТС методики) блочных монокристаллических пленок РЬБе<С1> получена новая информация о механизме их роста и о степени однородности потенциального рельефа внутри блока и в окрестности межблочной границы.

5. Впервые выполнены успешные эксперименты по модификации поверхности монокристаллов теллурида свинца в нанометровом масштабе. Одиночный импульс напряжения смещения между иглой СТМ и полупроводниковым образцом приводил к появлению на поверхности кристалла выпуклого образования диаметром порядка нескольких десятков нанометров. Предложен механизм формирования выпуклого образования: расплавление приконтактной области полупроводника и быстрое ее охлаждение после прекращения действия импульса напряжения смещения. Локальные туннельные спектры и измерение магнетосопротивления точечных контактов СТМ к модифицированной области свидетельствуют о ее аморфной неупорядоченной структуре.

Совокупность полученных в работе результатов позволяет сформулировать суть разработанного направления: комплексное использование туннельного эффекта в туннельных планарных и точечных МДП структурах для исследования энергетического и пространственного распределений электронной плотности в узкозонных полупроводниках.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что в результате проведенного цикла экспериментальных исследований и анализа полученных данных заложены основы нового метода диагностики энергетического и пространственного распределения электронной плотности в узкозонных полупроводниках, основанного на детальном изучении туннельного эффекта в планарных и точечных МДП контактах. Такая информация имеет важное значение для целенаправленного создания материалов с требуемыми для практических применений свойствами. СТМ/ЛСТС методика позволяет получить информацию о локальных неоднородностях в полупроводниковых тонких пленках, микро- и наноструктурах, что, несомненно, является необходимым для оптимизации технологии их изготовления. Автор также надеется, что результаты диссертационной работы будут способствовать более широкому использованию предложенного в ней метода физических исследований в лабораторной практике.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод исследования особенностей энергетического и пространственного распределения электронной плотности в узкозонных анизотропных полупроводниках, основанный на анализе экспериментальных данных, полученных при изучении туннельного эффекта в планарных и точечных СТМ туннельных МДП контактах при низких температурах (Т = 4.2 К), с высоким энергетическим разрешением (АЕ > 0.1 мэВ) и пространственным разрешением вплоть до атомарного.

2. Результаты туннельных экспериментов с МДП структурами в квантующем магнитном поле позволяют определить интервал энергии вблизи краев зон, в котором обосновано применение двухзонной модели непараболичности закона дисперсии объемных носителей заряда в РЬТе для расчетов зонных параметров: Е- Ес< 0.09 эВ иЕ„-Е<0.06 эВ.

3. Модель квазилокального примесного уровня индия в РЬТе, включающая представления о локальной деформации кристаллического окружения примесного центра при изменении его зарядового состояния, объясняет особенности ВАХ туннельной МДП структуры на основе РЬТе<1п>. Адекватность модели подтверждает предсказание и обнаружение гистерезиса зависимости туннельной проводимости туннельной структуры на основе РЬТе<1п> при изменении направления развертки напряжения смещения.

4: Прямым экспериментом по исследованию туннельных ВАХ в квантующих магнитных полях доказан сдвиг энергетических термов в приконтактной области кристалла РЬТе<1п>, вызываемый неравновесным метастабильным заполнением примесных состояний. Обнаружены вынужденные колебания сдвига энергетических термов под действием модуляции напряжения смещения и связанный с ними фазовый сдвиг переменной компоненты туннельного тока. Эволюция фазового сдвига при изменении частоты модуляции напряжения смещения и температуры образца характеризуют примесный центр индия как центр с отрицательной корреляционной энергией. Вследствие этого при низких температурах имеет место преимущественно парное заполнение электронами состояний индия.

5. СТМ и ЛТС исследованиями подтверждено существование в монокристаллах РЬТе<1п> метастабильных электронных состояний на примесных центрах индия и высокой пространственной однородности распределения электронной плотности. Блочные эпитаксиальные плёнки РЬТе<1п> имеют в кристаллитах энергетический спектр, соответствующий объёмным кристаллам, с высокой пространственной однородностью. Энергетическая структура межкристаллитных областей является сложной: в ней могут существовать как металлические, так и высокоомные области, как области, имеющие аморфную структуру, так и квантовые точки.

6. Новые данные о механизме роста блочных монокристаллических пленок РЬ8е<С1> при различных технологических режимах: в широком диапазоне температур конденсации и относительных пересыщений пара структура пленок определяется преимущественно зародышеобразованием на межблочных границах с сохранением ориентации, навязываемой подложкой. Информация о локальном энергетическом спектре отдельных блоков и межблочных границ в эпитаксиальных пленках PbSe<Cl>: в пределах блока туннельные ВАХ в различных точках практически не отличаются, количественно совпадают с ВАХ в соседних блоках и соответствуют проводимости n-типа, тогда как области между блоками имеют локальный энергетический спектр, существенно отличающийся от спектра кристаллитов и неодинаковый в различных точках межблочной границы.

7. С помощью СТМ возможно модифицировать приповерхностную область монокристаллов теллурида свинца: одиночный импульс напряжения смещения между иглой СТМ и полупроводниковым образцом приводит к появлению на поверхности кристалла выпуклого образования диаметром порядка десятков нанометров с аморфной неупорядоченной структурой.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ. Основное ее содержание отражено в 29.работах.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном семинаре "Полупроводниковые материалы для термоэлектрических преобразователей" (Ленинград, 1985 г.), VIII и IX Уральских школах по физике полупроводников (Свердловск, 1985 и 1987 гг.), III Школы по актуальным вопросам физики полуметаллов и узкозонных полупроводников (Тирасполь, 1987 г.), Всесоюзном совещании "Пленочные термоэлектрические преобразователи и устройства на их основе" (Москва, 1988 г.), Республиканской конференции "Физика и химия поверхности и границ раздела узкощелевых полупроводников" (Львов, 1990 г.), VIII Генеральной конференции Европейского Физического Общества (Амстердам, Голландия, 1990 г.), Международной конференции по сканирующей туннельной микроскопии (Интерлакен, Швейцария, 1991 г.), I Национальной конференции "Дефекты в полупроводниках" (С.-Петербург, 1992 г.), 17 и 18 Международных конференциях "Дефекты в полупроводниках" (Гмунден, Австрия, 1993 г. и Сендай, Япония, 1995 г.), Международном семинаре "Диагностика материалов" (С.Петербург, 1994 г.), I Международной конференции по структурам и приборам с пониженной размерностью (Сингапур, 1995 г.), II Международной конференции по микроконтактной спектроскопии (Ниемеген, Голландия, 1995 г.), Международном симпозиуме "Наноструктуры: физика и технология 95" (С.-Петербург, 1995), XIV

13

Международной конференции по термоэлектричеству (С.-Петербург, 1995 г.), II Российской конференции по физике полупроводников (С.-Петербург, 1996 г.), XXI Международной конференции по физике низких температур (Прага, 1996 г.), XXXI Совещании по физике низких температур (Москва, 1998 г.) и на научных семинарах кафедры физики полупроводников и наноэлекгроники СПбГТУ, в ФТИ им. Иоффе РАН, Физическом Институте РАН, Московском государственном университете.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 144 страницы, в том числе 52 рисунка. Список литературы включает 101 наименование.

Заключение диссертации по теме «Физика полупроводников», Рыков, Сергей Александрович

3.5. Выводы.

Сканирующая туннельная микроскопия и локальная туннельная спектроскопия успешно применена для изучения пространственного распределения электронной плотности в монокристаллах и тонких пленках халькогенидов свинца:

1. Локальные туннельные спектры монокристаллов РЬТе<1п>, полученные с помощью СТМ при 4.2 К, подтверждают существование метастабильных электронных состояний на примесных центрах индия и свидетельствуют о высокой пространственной однородности распределения электронной плотности в таких образцах.

2. СТМ исследования блочных эпитаксиальных плёнок РЬТе<1п> показали, что электронный энергетический спектр в кристаллитах соответствует объёмным кристаллам РЬТе<1п> и характеризуется высокой пространственной однородностью. Напротив, энергетическая структура межкристаллитных областей является весьма сложной: в ней могут существовать металлические и высокоомные области, области с аморфной структурой и квантовые точки.

3. При исследовании с помощью СТМ и локальной туннельной спектроскопии (СТМ/ЛТС методики) блочных монокристаллических пленок РЬ8е<С1> получена

132 новая информация о механизме их роста и о степени однородности потенциального рельефа внутри блока и в окрестности межблочной границы.

4. Впервые выполнены успешные эксперименты по модификации с помощью СТМ поверхности монокристаллов теллурида свинца: одиночный импульс напряжения смещения между иглой СТМ и полупроводниковым образцом приводил к появлению на поверхности кристалла выпуклого образования диаметром порядка нескольких десятков нанометров. Предложен механизм формирования выпуклого образования: расплавление приконтактной области полупроводника и быстрое ее охлаждение после прекращения действия импульса напряжения смещения. Локальные туннельные спектры и измерение магнетосопротивления точечных контактов СТМ к модифицированной области свидетельствуют о ее аморфной неупорядоченной структуре.

133

Заключение

Физические исследования, выполненные в диссертационной работе, показали большие возможности и высокую информативность метода изучения особенностей энергетического и пространственного распределения электронной плотности в халькогенидах свинца, основанного на комплексном анализе экспериментальных данных, полученных при изучении туннельного эффекта в планарных и точечных туннельных МДП контактах. Такой вывод можно сделать на основе следующих основных результатах работы:

1. Туннельная спектроскопия в квантующем магнитном поле позволила успешно совместить точность осцилляционного метода с исследованием туннельных ВАХ МДП структуры на основе полупроводника с многодолинным анизотропным законом дисперсии - теллурида свинца и тем самым на образце одного состава количественно определить параметры зонного спектра - как объемного, так и двумерного поверхностного в широком интервале энергий, исключив влияние на них различий в уровне легирования.

2. Показаны возможности метода туннельной спектроскопии для изучения энергетического спектра примесей и дефектов в халькогенидах свинца. При исследовании РЬТе<Т1> получена прямая информация об энергетическом положении резонансного уровня таллия и механизме его уширения. Обнаружен гистерезис туннельного тока при изменении направления развертки напряжения смещения для туннельных МДП структур на основе РЬТе<1п>, связанный с образованием метастабильных электронных состояний на примесных центрах индия. С помощью измерения квантовых осцилляций получено прямое доказательство существования метастабильного сдвига энергетических термов в приконтактной области РЬТе<1п> при неравновесной заселенности примесных центров индия электронами. Обнаружены вынужденные колебания сдвига энергетических термов в подконтактной области РЬТе<1п> с частотой модуляции напряжения смещения и появление в туннельном токе ортогональной компоненты, связанной с фазовым сдвигом этих колебаний относительно модулирующего напряжения смещения. Анализ особенностей туннельных ВАХ, измеренных при различных температурах, предоставил независимое подтверждение преимущественно парного заполнения примесных центров электронами возможность оценить параметры модели перестраивающего примесного центра индия в РЬТе<1п>.

3. Локальная сканирующая туннельная спектроскопия при низких температурах успешно применена для изучения пространственного распределения электронной плотности в узкозонных полупроводниковых материалах. Локальные туннельные спектры кристаллов и тонких пленок РЬТе<1п>, полученные с помощью сканирующего туннельного микроскопа при 4.2 К, подтвердили существование метастабильных электронных состояний на примесных центах индия. Показано, что монокристаллы и кристаллиты в пленках характеризуются высокой пространственной однородностью распределения электронной плотности. Получена информация об особенностях энергетического спектра в области межкристаллитных границ пленки -в области, практически недоступной для других методов. С помощью СТМ/ЛТС методики исследованы легированные блочные монокристаллические пленки РЬ8е, выращенные при различных технологических режимах, получена новая информация о механизме их роста и о степени однородности потенциального рельефа как в пределах одного блока, так в межблочных границах. Показано, что с помощью СТМ возможно модифицировать приповерхностную область монокристаллов теллурида свинца, создавая на ней особенности нанометрового масштаба. Это представляет несомненный интерес как с точки зрения физики квантоворазмерных структур, так и нанотехнологии.

Автор надеется, что результаты диссертационной работы будут способствовать более широкому использованию предложенного в ней метода физических исследований в лабораторной практике.

В заключение, пользуясь возможностью и выполняя свой приятный долг, выражаю искреннюю благодарность

- доктору физико-математических наук, профессору Виктору Израилевичу КАИДАНОВУ, по инициативе и при непосредственном участии которого в 1976 году автором были начаты экспериментальные исследования, лежащие в основе настоящей диссертации; общение с В.И.Кайдановым в течение многих лет, его постоянная поддержка и внимание способствовали успешному проведению практически всех представленных в настоящей работе исследований;

- доктору физико-математических наук, профессору Владимиру Ивановичу ИЛЬИНУ - за его постоянное внимание и интерес к работе, поддержку, ценные советы и замечания при подготовке диссертации;

- кандидату технических наук, доценту Виктору Николаевичу ВИНЧАКОВУ и кандидату физико-математических наук, доценту Сергею Федоровичу МУСИХИНУ- за помощь и непосредственное участие в организации экспериментальных исследований на начальном этапе;

- кандидату физико-математических наук, доценту Сергею Николаевичу ЛЫКОВУ

- за ценные консультации и неоценимую помощь в создании экспериментального оборудования и плодотворные обсуждения результатов;

- доктору физико-математических наук, профессору Уральского государственного университета Григорию Максовичу МИНЬКОВУ и сотрудникам его лаборатории

- за предоставление возможности познакомиться с технологией изготовления планарных МДП контактов на основе полупроводников А В ;

- кандидату физико-математических наук, старшему научному сотруднику Дмитрию Николаевичу ДАВЫДОВУ - за передачу опыта работы с низкотемпературным сканирующим туннельным микроскопом и помощь в проведении первых СТМ экспериментов;

- кандидату физико-математических наук, доценту Валерию Андреевичу ЗЫКОВУ

- за ценные консультации и помощь при отработке технологии изготовления планарных туннельных МДП контактов;

- сотрудникам лабораторий внутреннего фотоэффекта и физики высокотемпературных; сверхпроводников, всем сотрудникам кафедры физики полупроводников и наноэлектроники - за дружеское внимание и расположение, общение - часто неформальное; это несомненно способствовало успешному проведению исследований и написанию диссертации, наполняя время творческим и эмоционально богатым содержанием.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Рыков, Сергей Александрович, 1999 год

1. Пикус Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов. - М., "Наука", 1965, 448с.

2. Вольф E.JI. Принципы электронной туннельной спектроскопии. Киев, "Наукова Думка", 1990, 454 с.

3. Туннельные явления в твердых телах. Сб. Под ред. Бурштейна Э. и Лундквиста С.М., М., «Мир», 1973, 422 с.

4. Duke C.B. Tunneling in solids. Solid St. Phys. Suppl., Acad. Press, New York, London, 1969, 393 p.

5. Tunneling spectroscopy. Ed. Hansma P.K., Plenum Press, New York, London, 1982, 493 p.

6. Wolf E.L. Nonsuperconducting electron tunneling spectroscopy. Solid State Phys., 1975, v.30, pp. 1-91.

7. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). М., "Наука", 1974, 752 с.

8. Михин Н.П., Янсон И.К. Устройство для исследования малых нелинейностей вольтамперных характеристик туннельных контактов. Физика конденсированного состояния. Вып. 24, 1973, с. 122-131.

9. Колла Е.В. Автоматическая установка для исследования малых нелинейностей вольтамперных характеристик туннельных структур. ПТЭ, вып. 3, 1977, с. 203-295.

10. Ю.Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования полупроводников в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe и PbS. M.,"Наука", 1968, 384 с.

11. Цидильковский И.М. Зонная структура полупроводников. М., «Наука», 1978, 328 с.

12. Unger К., Schneider H. Verbindungshalbleiter. Leipzig, Akademische Verlagsgesellschaft, 1986, 440 s.

13. Волков Б.А., Панкратов O.A. Теория электронного энергетического спектра полупроводников группы А4В6. ЖЭТФ, 1983, т. 85, № 10, с. 1395-1408.

14. Кайданов В.И., Равич Ю.И. Глубокие и резонансные состояния в полупроводниках типа А4В5. УФН, 1985, т. 145, № 1, с. 51-86.

15. Зверев Л.П., Миньков Г.М., Кружаев В.В., Рут О.Э. Определение параметров энергетического спектра полуметаллического Hgi.xCdxTe методом туннельной спектроскопии в квантующем магнитном поле. ЖЭТФ, 1981, т.80, N3, с. 1163-1173

16. Norr M.K. On electrolitic polish for lead telluride.- J.Electrochem.Soc.,1962, v. 109, N5, pp. 433-434.

17. Алесковский В.Б. Стехиометрия и синтез твердых соединений. Л., 1976, 140 с.

18. Дрозд В. Е., Романычев А. И., Рыков С. А., Рыкова М. А., Ципер Е.В. Туннельные МДП-контакты на основе РЬТе, полученные методом химической сборки. ФТП, т. 23, вып. 11, 1989, с. 2085-2088.

19. Солимар Л. Туннельный эффект в сверхпроводниках и его применение.-М.: Мир, 1974, 429 с.

20. Tsui D.C., Kaminsky G., Schmidt P.H. Tunneling study of surface generation in n-PbTe. Phys.Rev.B: Solid State, 1974, v.9, No.8, p.3524-3531.

21. Шамшур Д.В., Парфеньев P.B., Машовец Д.В., Матвеенко А.В., Косарев В.В., Гейман К.И. Зонная структура гетероэпитаксиальных слоев РЬТе п- и р- типа. -ФТП, 1982,т. 16, вып.7, с. 1249-1255.

22. Tsui D.C. Observation of surface bound state and two-dimentional energy band by electron tunneling. Phys. Rev. Lett., 1070, v. 24, No. 7, p.303-306.

23. Tsui D.C. Electron tunneling studies of quantized surface accumulation layer. Phys.Rev.B: Solid State, 1071, v. 4, No. 12, p.4438-4449.

24. Tsui D.C. Electron tunneling and capacitance studies of a quantized surface accumulation layer. Phys.Rev.B: Solid State, 1973, v.8, No. 6, p. 2657-2669.

25. Tsui D.C., Kaminsky G., Schmidt P.H. Tunneling spectroscopy of PbTe surface. Proc. of Int.Conf. Phys. Narrow Gap Semicond., Warszawa, 1997, Amsterdam, 1978, p. 405-410.

26. Зверев Л.П., Миньков Г.М., Кружаев B.B. Применение туннельной спектроскопии в магнитном поле для исследования закона дисперсии сильно легированного n-InAs. Письма в ЖЭТФ, 1979, т.29, № 7, с.402-407.

27. Миньков Г.М., Кружаев В.В. Осцилляции туннельной проводимости перехода n-InAs окисел - РЬ в квантующем магнитном поле. ФТТ, 1980, т.22, № 6, с. 16411648.

28. Рут О.Э., Кружаев В.В., Миньков Г.М. Туннельная спектроскопия n-HgSe. ФТТ, 1981, т.23, № 11, с.3212-3217.

29. Винчаков В. Н., Кайданов В. И., Кружаев В. В., Миньков Г. М., Рыков С. А. О возможности использования метода туннельной спектроскопии в магнитном поле для исследования зонной структуры РЬТе. ФТП, т. 18, № 11, 1984, с. 2086-2088.

30. Ю.Винчаков В. Н., Кайданов В. И., Рыков С. А. Туннельная спектроскопияэнергетического спектра теллурида свинца в квантующем магнитном поле. Письма в ЖЭТФ, т.42, вып.2, 1985, с. 66-68.

31. Винчаков В. Н., Кайданов В. И., Рыков С. А. Туннельная спектроскопия РЬТе в квантующем магнитном поле. Тезисы докладов Всесоюзного семинара «Полупроводниковые материалы для термоэлектрических преобразователей», Ленинград, 1985, с. 36.

32. Dimmock J.O. к-р theory for the conductance and valence bands of Pbi.xSnxTe and Pbi.xSnxSe. J.Phys.Chem.Sol., 1972. V.33, suppl. l,p.319-330.

33. Foley G.M.T., Landenberg D.H. Electronic structure of PbTe near the band gap. Phys. Rev.B: Solid State, 1977, v. 15, No. 10, pp. 4850-4864.

34. Акимов Б.А., Мощалков В.В., Чудинов С.Н. Исследование эффекта Шубникова де Гааза в полуметаллических сплавах Bii.xSbx. ФНТ, 1978, т. 4, вып. 1, с. 60-75.

35. Colman D., Bate R.T., Mize J.P. Mobility anisotropy and piezoresistance in silicon p-type inversion layers. J. Appl. Phys.,. 1968, v. 39, No. 4, p. 1923-1931.

36. Физические величины. Справочник под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. М., Атомиздат, 1991, 1232 с.

37. Шарма Б.Л., Пурохит Р.К. Полупроводниковые гетеропереходы. М., Советское радио, 1979, 228 с.

38. Lischka К. Bound defect states in IV-VI semiconductors. Appl. Phys. A: Solid and Surfaces, 1082, v.29, No.l, p. 177-189.

39. Кайданов В.И., Мельник Р.Б., Черник И.А. Исследование теллурида свинца с примесью индия. ФТП, 1973, т.7, № 4, с. 759-762.

40. Андреев Ю.В., Гейман К.И., Драбкин И.А., Матвеенко А.В., Мойжес Б .Я. Электрические свойства PbixSnxTe с примесью индия. ФТП, 1975, т.9, N10, с. 18731878.

41. Гейман К.И., Драбкин И.А., Матвеенко А.В., Можаев Е.А., Парфеньев Р.В. Аномальные электрические свойства слоев Pbi-xSnxTe с примесью индия -ФТП, 1977, т. 11, N5, с.846-854.

42. Драбкин И.А., Мойжес Б.Я. Спонтанная диссоциация нейтральных примесных состояний примеси на положительно и отрицательно заряженные состояния (обзор). ФТП, 1981, т. 15, №4, с. 625-648.

43. Драбкин И.А., Квантов М.А., Компаниец В.В. Магнитная восприимчивость РЪТе с примесью In. -ФТП, 1979, т. 13, N10, с.2064-2066.

44. Вейс А.Н., Кайданов В.И., Немов С.А., Емелин С.Н., Ксендзов А.Я., Шалабутов Ю.К. Примесные состояния таллия в теллуриде свинца. ФТП, т. 13, № 1, с. 185-187.

45. Вейс А.Н., Кайданов В.И., Равич Ю.И., Рябцева И.А., Уханов Ю.И. Исследование коэффициента поглощения в РЪТе с примесью In. ФТП, 1976, т. 10, в. 1, с. 104-110.

46. Акимов Б.А., Брандт Н.Б., Рябова Л.И., Хохлов Д.Р. Фотопроводимость сплавов PbbxSnxTe, легированных AI, Ga, In, Cd. Письма в ЖТФ, 1980, т. 6, вып. 20, с. 12691273.

47. Засавицкий И.И., Мацонашвили Б.Н., Трофимов В.Т. Параметры глубокого центра в ненапряженных эпитаксиальных слоях Pbi.xSnxTe<In> (0 < х < 0.25). Препринт 259 ФИАН им. П.Н.Лебедева, М„ 1988, 31 с.

48. Константинов П.П., Лыков С.Н., Равич Ю.И., Черник И.А. Исследование примесных состояний в теллуриде свинца, легированном элементами III группы, методом измерения низкотемпературной теплоемкости. ФТТ, 1982, т.24, № 12, с.3530-3534.

49. Черник И.А., Лыков С.Н. О сверхпроводимости теллурида свинца, легированного таллием: плотность состояний в валентной зоне РЬТе при легировании его примесями таллия и натрия. ФТТ, 1981, т.23, № 10, с.2956-2963.

50. Черник И.А., Лыков С.Н. Объемная сверхпроводимость в легированном теллуриде свинца теллурида свинца при 1.4 К. ФТТ, 1981, т.23, № 5, с. 1400-1406.

51. Кайданов В.И., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Влияние дополнительного легирования акцепторной примесью на сверхпроводящий переход в РЬТе(Т1). Письма в ЖЭТФ, 1982, т.35, в. 12, с.517-519.

52. Кайданов В. И., Рыков С. А., Рыкова М.А. Исследование квазилокальных состояний таллия и индия в теллуриде свинца методом туннельной спектроскопии. ФТТ, т.31, вып.8, 1989, с. 68-76.

53. Кайданов В. И., Рыков С. А. Туннельная спектроскопия РЬТе: зонные, поверхностные и примесные состояния. Тезисы докладов республиканской конференции "Физика и химия поверхности и границ раздела узкощелевых полупроводников", Львов, 1990, с. 52-53.

54. Кайданов В. И., Рыков С. А. Туннельная спектроскопия примесных резонансных и метастабильных состояний в теллуриде свинца. Тезисы докладов I национальной конференции "Дефекты в полупроводниках", 26 апреля-1 мая 1992, С.Петербург, Россия, с.86.

55. Акимов Б.А., Брандт Н.Б., Богословский С.А., Рябова Л.И., Чудинов С.М. Неравновесное металлическое состояние в сплавах PbixSnxTe(In)- Письма в ЖЭТФ, 1979, т.29, N1, с.11-14.

56. Вул Б.М., Воронова И.Д., Калюжная Т.А., Мамедов Т.С., Рагимова Т.Ш. Особенности явлений переноса в PbO.78SnO.22Te с большим содержанием индия,-Письма в ЖЭТФ, 1979, т.29, N1, с.21-25.

57. Лыков С.Н.,Черник И.А. Долговременная релаксация электрической проводимости в теллуриде свинца с примесью индия.-ФТП, 1980, т. 14, N6, с. 1232-1235.

58. Акимов Б.А., Брандт Н.Б., Рябова Л.И., Соковишин В.В. Долговременные релаксационные процессы, индуцированные квантующим магнитным полем, в металлической фазе сплавов Pbi.xSnxTe(In) . ЖЭТФ, 1984, т.87, № 4(10), с. 1349-1360.

59. Вайнштейн Б.К., Фрадкин A.M., Инденбом В.Л. Современная кристаллография. М., 1979, т.2, 360 с.

60. Каган Ю., Кикоин К.А. Туннельная примесная автолокализация в полупроводниках. Природа аномальных свойств соединений PbixSnxTe с примесью In.- Письма в ЖЭТФ, 1980, т.31, N6, с.367-371.

61. Волков Б.А.,Панкратов O.A. Ян-теллеровская неустойчивость кристаллического окружения точечных дефектов в полупроводниках А4В6. ДАН СССР, 1980, т.255, с.93-97.

62. Засавицкий И.И., Лишка К., Хайнрих X. О Ян-теллеровском центре в PbixSnxTe.-ФТП, 1985, т. 19, N6, с. 1058-1063.

63. Винчаков В. Н., Кайданов В. И., Лыков С. Н., Рьпсов С. А. Туннельная спектроскопия квазилокальных примесных состояний индия в теллуриде свинца. Письма в ЖЭТФ, т.43, вып.8, 1986, с. 384-386.

64. Кайданов В. И., Рьпсов С. А., Рыкова М. А., Сюрис О.В. Исследование метастабильных квазилокальных состояний индия в теллуиде свинца методом туннельной спектроскопии. ФТП, т.24, вып.1, 1990, с. 144-151.

65. Rykov S.A., Lykov S.N., Syuris O.V. Tunneling study of the metastable impurity states relaxation in PbTe:In. Abstracts of 18 Int.Conf. on Defects in Semiconductors, Juli 23-28, 1995, Sendai (Japan), p. 265.

66. Лыков C.H., Черник И. А. Осцилляционные эффекты Шубникова де Гааза в теллуриде свинца с примесью индия. ФТП, 1980, т. 14, вып.1, с. 47-54.

67. Binnig G., Rohrer Н. Scanning tunneling microscopy. IBM J. Res. Develop., Vol.30, No. 4, 1986, pp. 355-369.

68. Hansma P.K., Tersoff J. Scanning tunneling microscopy. J.Appl. Phys. 61(2), 1987, pp. R1-R23.

69. Davydov D.N., Deltour R., Horii N, Timofeev V.A., Crokholski S.A. Cryogenic scanning tunneling microscope with a magnetic coarse approach. Review of Scientific Instruments, N 11, 1993, p. 3153.

70. Davydov D. N., Golubok А. О., Rykov S. A. Study of PbTe surface with scanning tunneling microscope at 4.2 К. Proc. VIII Gener. Conf. of Eur. Rhys. Soc., Amsterdam, Sept. 4-8, 1990, pp. S.5-8.

71. Golubok A. O., Davydov D. N., Rykov S. A. STS-investigation of PbTe crystal's local electrical properties at 4.2 K. Proc. Int. Conf. of Scann. Tunn. Microscopy STM-91, Interlacken, Switzerland, Aug. 12-16, 1991, p. 182.

72. Голубок А. О., Давыдов Д. H., Мусихина Е. П., Кайданов В. И., Рыков С. А. Локальная туннельная спектроскопия теллурида свинца в сканирующем туннельном микроскопе. Письма в ЖТФ, т. 17, вып. 2, 1991, с. 36-40.

73. Davydov D. N., Golubok А. О., Rykov S. A. Local tunneling spectroscopy of n-РЬТе surface. Ultramicroscopy, 1992, 42, pp. 878 883.

74. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах, (в 2-х томах), М., Мир, 664 с.

75. Rykov S.A, Zykov V.A., Gavrikova T.A. Low temperature scanning tunneling microscopy and spectroscopy of the PbSe:Cl thin films. Czechoslovak Journal of Physics, v. 46, (1996), Suppl.5, pp. 2487-2488.

76. Зыков В. А., Гаврикова Т. А., Немов С. А., Рыков С. А. Дефектообразование в тонких компенсированных слоях PbSe:Cl. Журнал прикладной химии, т. 71, вып.4, 1998, с. 529-535.

77. Davydov D. N., Lyanda-Geller Yu., Rykov S. A., Jansen A. G. M., Deltour R., Wyder P. Magnetoresistance of disordered quantum dots on PbTe surface. Abstracts of 2nd Int. Conf. on Point-Contact Spectroscopy, Nijmegen, Netherlands, June 7-10, 1995, p. 53.

78. Davydov D. N., Lyanda-Geller Yu., Rykov S. A., Jansen A. G. M., Deltout R., Wyder P. Tunneling and microcontacts on PbTe dots created by STM. Physica В, B218, 1-4,1996, p. 276-279

79. Mamin H.J., Guethner P.H., and Rugar D. Atomic emission from a gold Scanning-Tunneling-Microscope Tip, Phys. Rev. Lett., v. 65, No. 19, 1990, p. 2418-2421.

80. Lang N. D. Field induced transfer of an atom between two closely spaced electrodes. Phys. Rev. B, v. 45, 1992, pp. 13599-13608.

81. Pascual J. I., Mendez J., Gomez-Herrero J., Baro A. M., Garcia N., Vu Thien Binh. Quantum contact in gold nanostructures by scanning tunneling microscopy.Phys. Rev. Lett., v.71, No. 12, 1993, pp. 1852-1855.

82. Guo С. X. and Thompson D. J. Material transfer between metallic tips and surface in the STM Ultramicroscopy, v. 42-44, Part B, 1992, pp. 1452-1458.

83. Wiesendanger R. Fabrication of nanometer structures using STM. Appl. Surf. Sci., v. 54, 1992, pp. 271-277.

84. Li Y.Z., Vazquez L., Piner R, Andres R.P. and Reifenberger R. Writing nanometer-scale symbols in gold using the scanning tunneling microscope. Appl. Phys. Lett., v. 54, No. 15, 1989, pp. 1424-1426.

85. Marella P. F. and Pease R. F. Comment on "Writing nanometer-scale symbols in gold using the scanning tunneling microscope", Appl. Phys. Lett., v. 55, No. 22, 1989, pp. 2366-2367

86. Flores F., Echenique P. M., and Ritchie R. H. Energy dissipation process in scanning tunneling microscopy. Phys. Rev. B, v. 34, No. 4, 1986, pp. 2899-2902.

87. Altshuler B. L., Aronov A. G. Zero bias anomaly in tunnel resistance and electron-electron interaction. Solid State Comm., v. 30, No. 3, 1979, pp. 115-117.

88. Girvin S. M., Jonson M., and Lee P. A. Interaction effects in disordered Landau-level systems. Phys. Rev. B, v. 26, No. 4, 1983, pp. 1651-1659.

89. Houghton A., Senna J. R, and Ying S. C. Magnetoresistance and Hall effect of adisordered interacting two-dimensional electron gas. Phys. Rev. B, v. 25, No. 4, 1982, pp. 2196-2210.

90. Paalanen M. A., Tsui D. C., and Hwang J. C. Parabolic magnetoresistance from the interaction effect in a two-dimensional electron gas. Phys. Rev. Lett., v. 51, No. 24, 1983, pp.2226-2229.

91. McBrige S.E., Wetsel G.C., Strozewski K.J. Controlled Formation of Nanoscale Features Using a scanned nanoprobe instruments. Bull. Amer. Phys. Soc., v. 38, 1993, p. 184.