Осаждение атомов

Если атом с помощью иглы СТМ удален с поверхности, то затем он может быть вновь осажден на поверхность приблизительно в прежнем или уже в новом месте. Эта возможность иллюстрирует рис. 5.8. Адатом Si, помеченный стрелкой на рис. 5.8, а, удаляется с поверхности Si (111)7´7, а затем осаждается вновь в точке, помеченной крестом на рис. 5.8, б. Следует отметить, что осаждение предварительно удаленного атома не столь хорошо воспроизводимый процесс, как удаление атома. Главная причина этого обусловлена тем, что удаленный атом может мигрировать по игле и его истинное положение на игле неизвестно. В эксперименте с вольфрамовой иглой и адатомами Si на поверхности Si (111)7´7, описанном выше, вероятность повторного осаждения каждого удаленного атома составляла приблизительно всего 20% при подаваемом напряжении U_t = +6 В и практически равнялась нулю при более низких значениях напряжения. Точное положение на поверхности образца, куда высадится атом, также с трудом поддается контролю. Более того, едва ли можно с уверенностью утверждать, что был осажден именно удаленный атом, а не какой-нибудь другой.

Рис. 5.8. Удаление и повторное осаждение адатома Si на поверхности Si (111)7´7 с помощью вольфрамовой иглы СТМ: а – исходная поверхность; атом, который будет удален, помечен стрелкой; б – поверхность после атомных манипуляций; вакансия, образовавшаяся после удаления атома, помечена стрелкой, вновь осажденный атом помечен крестом [28]

Оказалось, что осаждение не отдельных атомов, а кластеров, является более надежной методикой формирования наноструктур. В этой методике на поверхности формируются бугорки нанометрового масштаба за счет переноса материала с иглы. Для этого используют два основных метода:

· Метод z – импульса,

· Метод импульса напряжения.

Метод z – импульса проиллюстрирован схематически на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Последовательные стадии процесса формирования бугорка нанометрового размера при использовании метода z-импульса: а – игла приближается к поверхности; б – образуется контакт иглы с образцом; в – игла отводится, и «шейка», соединяющая иглу и образец, утоньшается; г – «шейка» рвется, а на поверхности остается бугорок из материала иглы

Когда импульс напряжения прикладывается к пьезоэлементу, отвечающему за перемещение вдоль оси z, нормальной к поверхности, игла приближается к образцу до образования с ним непосредственного контакта. По окончании действия импульса игла отводится назад, «шейка», соединяющая иглу и образец, утоньшается до тех пор, пока не происходит ее разрыв, в результате этого на поверхности образца остается бугорок из материала иглы.

Метод импульса напряжения позволяет формировать такие же бугорки, посредством подачи соответствующих импульсов напряжения на переход игла-образец. В этом методе кратковременный контакт между иглой и образцом, возможно, также имеет место, так как механические напряжения, вызываемые полем, могут приводить к значительным деформациям и иглы, и образца в масштабах тоннельного промежутка. Испарение полем также нельзя исключить как сопутствующий процесс. Отметим, что в зависимости от материалов иглы и образца при практически сходных условиях на поверхности могут формироваться не бугорки, а ямки. Направление переноса материала в этом случае определяется такими параметрами, как относительная жесткость и упругость материалов образца и иглы.