Pomiary elektryczne nanozłączy

W pracy przedstawiono metody formowania, pomiarów elektrycznych i charakteryzacji nanozłączy stosowane aktualnie w nanotechnologii. Opisane metody formowania pozwalają na tworzenie nanozłączy o szerokości pojedynczego atomu cechujących się unikalnymi właściwościami, których nie posiadają przewodniki o obszerniejszych wymiarach.
Omówiono sposoby wyznaczania przewodności elektrycznej w zależności od rozmiarów przewodników i przekazano zakresy ich używania. Uzasadniono zależności: Maxwella, na podstawie której można wyznaczyć przewodność elektryczną złącza makroskopowego, oraz Landauera, użytkowaną do określania przewodności nanozłączy. Posługując się modelem elektronów swobodnych, pokazano sposób wykorzystania zależności Landauera do obliczenia przewodności nanozłącza.
Opisano budowę systemów pomiarowych wykorzystywanych do pomiaru sygnałów elektrycznych, na podstawie których wyznaczane są wielkości cechujące nanozłącza. Do podstawowych metod charakteryzacji nanozłączy zaliczono: pomiar przebiegu czasowego przewodności, a także wyznaczanie histogramu przewodności i charakterystyki prądowo-napięciowej. Zaproponowano także nowe metody charakteryzacji: zestawienie histogramów pojedynczych przebiegów czasowych i trzy typy histogramów 2D korelacji przewodności. Sformułowano trzy estymatory umożliwiające wyznaczenie histogramów 2D wzajemnej korelacji przewodności na podstawie założonej liczby przebiegów czasowych. Przedstawiono sposób kalibracji systemów zezwalający zniżyć niepewność wyników pomiarów. Zidentyfikowano główne błędy systematyczne mogące w sposób efektywny zafałszować wyniki pomiarów, a także zaproponowano metody korekcji tych błędów. Produktywność tych metod wykazano na przykładowych wynikach pomiarów.
Na podstawie wyników przeprowadzonych pomiarów pokazano sposób użycia przedstawionych metod do charakteryzacji nanozłączy. Na przykładzie nanozłączy formowanych z metali zaprezentowano i omówiono efekty skokowych zmian przewodności, kwantowania przewodności, formowania łańcuchów pojedynczych atomów, nieliniowości charakterystyki prądowo-napięciowej, regularnego obniżania szerokości rozciąganego nanozłącza, a także wpływu nanozłączy formowanych pomiędzy zestykami na stany nieustalone w obwodach RLC. Przedstawiono także sposób pomiaru maksymalnego natężenia prądu elektrycznego płynącego poprzez nanozłącze.
Omówiono specyfikę przygotowania próbki półprzewodnika, formowania nanozłączy oraz pomiarów nanozłączy powstających w obszarze między metalem i półprzewodnikiem. Na szczególną uwagę zasługują efekty wykładniczego wzrostu natężenia prądu elektrycznego i wzmocnienia prądu wykryte w nanozłączach formowanych pomiędzy ostrzem z kobaltu i powierzchnią próbki z germanu.