Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy of the GaSb(111)B surface

Abstract

In this thesis the III-V semiconductor material GaSb (111) was studied using Scanning Tunneling Microscopy and Scanning Tunneling Spectroscopy. To characterize the surfaces of semiconductors has become more relevant in today society. When semiconductors become so small that they are in the micro scale the surface must be taken into consideration.
The sample is first placed in the cleaning chamber to clean the surface using atomic hydrogen. When the sample is clean the sample is placed in measurement chamber and a tip is brought within a couple of Angstroms from the surface. A bias is applied and electrons tunnel between the tip and the sample. From this an image is obtained of the surface of the sample.
In the project the temperature needed to make a clean surface of GaSb (111) was determined to be about 515 °C however droplets have started to form on the surface. What reconstructions the surface had after the different cleanings could not with absolute certainty be stated. This is partially due to the distance between the atoms calculated has a large uncertainty for values taken from the second cleaning and also the third cleaning values not being close to other known distances in other reconstructions.

Popular Abstract

I dagens samhälle så går teknologin snabbt framåt. Nya mobiltelefoner och datorer kommer med bara några månaders mellanrum. Bakom många av dessa teknologier finns halvledarematerial som gör att anordningarna funkar. Dessa material blir mindre och mindre hela tiden och är nu mikroskopiska dimensioner.
När materialen är stora så har ytan av materialet inte så stor betydelse men när dem är på den mikroskopiska dimensionen så är en större del av materialet på ytan. Att studera dessa ytor på denna nivå är ett stort forskningsområde för att sedan använda resultaten för att producera material som inte blir hindrad av ytan. I arbetet som vi har gjort så har ytan på ett halvledarematerial som heter gallium antimonide (GaSb) studerats med en metod som heter sveptunnelmikroskopi (STM) och sveptunnelspektroskopi (STS).
STM fungerar genom att en spets förflyttas inom någon nanometer (100000 gånger mindre än ett mänskligt hårstrå) och en spänning appliceras mellan spetsen och provet. Detta resulterar i att elektroner tunnlar från provet till spetsen och en ström har uppstått. Genom att låta spetsen svepa över ett område med konstant ström så fås en bild som visar hur ytan ser ut. STS använder sig också av spetsen men står istället stilla på ett område och ändrar spänningen medans strömmen spelas in hur den ändras.
Om man bara börjar svepa över ytan så kommer man inte se den riktiga ytan för att på ytan finns ett lager med syre och andra oönskade ämnen. För att ta bort dessa ämnen så måste provet värmas samtidigt som atomärt väte, med temperaturen 1700 °C, pumpas in i behållaren provet befinner sig i. Det visar sig att för att få en ren yta på GaSb så behöver provet värmas till 515 °C.
När ytan är ren så utförs mätningarna på ytan med STM och STS. Med en bild nu på ytan som visar hur atomerna sitter så kan avståndet räknas mellan dem. Från provet så vet vi ungefär hur långt avståndet ska vara mellan atomerna i materialet, ca 0.4 nm. Men visar det sig att avståndet på ytan inte är det samma som i materialet. Det har skett en så kallad rekonstruktion på ytan. Rekonstruktion är att ytan har omformerat sig till ett lägre energi tillstånd och ser annorlunda ut än insidan av materialet. Avstånden mellan atomerna som vi fick visade att ytan var är rekonstruerat men avstånden var inte likt något känt rekonstruktionsavstånd.

• author: Littow, Pontus
• supervisor: Anders Mikkelsen
• organization: Synchrotron Radiation Research; Department of Physics
• course: FYSK02 20152
• year: 2016
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• language: English
• id: 8876111
• date added to LUP: 2016-06-21 09:55:08
• date last changed: 2016-11-15 14:00:59