Современная электроника №7/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 17 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2023 microscopy – STM) и атомно - силовая микроскопия (atomic force microscopy – AFM). Упрощённая структурная схема ска - нирующего туннельного микроскопа показана на рис . 6 [13]. Принцип работы STM основан на туннельном эффекте , возникающем в воздушном диэлектрическом зазоре между ультратонким наконечником металлического зонда и металличе - ским образцом , к которым приложе - на разность потенциалов . Величина этой разности потенциа - лов много меньше по сравнению с той , которая необходима для возникнове - ния электрического разряда при про - бое воздушного диэлектрического зазо - ра между двумя проводниками . В процессе сканирования игла зонда движется вдоль поверхности исследу - емого образца . При этом туннельный ток меняется в зависимости от топогра - фии поверхности . На основании изме - рений туннельного тока вычисляется рельеф поверхности образца . Для раз - личных приложений используются напряжения от нескольких десятков милливольт до нескольких вольт , обе - спечивающие туннельный ток в диапа - зоне от нескольких наноампер до деся - тых долей пикоампера . Разрешение в плоскости образца зависит от радиуса кривизны кончика острия и его ато - марной структуры . Например , один из выступающих атомов может нахо - диться на кончике острия . В этом слу - чае туннельный ток течет , в основном , между поверхностью образца и высту - пающим на кончике зонда атомом . Современные установки STM позволя - ют фиксировать как небольшие моле - кулы , так и одиночные атомы . Охлаждение рабочей камеры STM до криогенных температур порядка еди - ниц милликельвинов позволяет про - водить сканирующую туннельную спектроскопию на атомарно чистой поверхности в режиме сверхпроводи - мости [14]. Одним из приложений STM, полу - чивших широкое применение в моле - кулярной электронике , является так называемый метод разрыва прово - дящего моста с использованием ска - нирующего туннельного микроскопа (Scanning tunneling microscope-based break-junction – STM-BJ). Метод STM-BJ считается наибо - лее оптимальным при исследовани - ях одиночных соединений металл – молекула – металл . Принцип действия метода STM-BJ показан на рис . 7 [15]. В этом методе непрерывно регистри - руется проводимость молекулы по мере разрыва металлического точеч - ного контакта , находящегося в раство - ре , содержащем целевые молекулы . В настоящее время существует множе - ство модификаций STM-BJ. В схеме , представленной на рис . 7, в качестве золотых электродов исполь - зуются игла и подложка сканирую - щего туннельного микроскопа (STM). Наконечник (Au) сканирующего тун - нельного микроскопа , схема которо - го приведена на рис . 6, многократно перемещается вверх ( рис . 7a) и вниз ( рис . 7b), контактируя с золотой под - ложкой на расстояниях меньше нано - метра , при которых начинает наблю - даться туннельная проводимость . Каждый такой контакт изменял как форму самого острия , так и подлож - ку в точке касания . При подъёме игла наконечника вытягивала застрявшие на её конце атомы золота . Таким образом , на подложке обра - зовывался выступ в форме гантели из атомов золота ( рис . 7c). Эта « ган - телька » становилась всё тоньше с каж - дым актом обратного хода иглы STM. Рис . 5. Схема технологии изготовления металлических электродов для одномолекулярных устройств с помощью технологии [12] Рис . 6. Схема работы сканирующего туннельного микроскопа [13] Рис . 7. Принцип действия метода STM-BJ. В качестве золотых электродов используется игла и подложка сканирующего туннельного микроскопа [15] Золото Золото Выпускное травление Трещина Разрыв Усилия растяжения Остаточное растягивающее напряжение Управляющее напряжение пьезотрубки Усилитель туннельного тока Дистанционное управление и контроль Обработка и отображение данных Туннельное напряжение a b c d Зонд Пьезоэлектрическая трубка с электродами