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Atomic Scale Images of Acceptors in III-V Semiconductors

Band Bending, Tunneling Paths and Wave Functions

dc.contributor.advisorUlbrich, Rainer G. Prof. Dr.de
dc.contributor.authorLoth, Sebastiande
dc.date.accessioned2008-04-04T15:30:17Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T13:43:03Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:13Zde
dc.date.issued2008-04-04de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B466-2de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2948
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2948
dc.description.abstractDiese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung einzelner Dotieratome mittels Rastertunnelmikroskopie (STM1) und ortsaufgelöster I(V)-Spektroskopie (STS2) [8]. Das Verständnis der lokalen elektronischen Struktur von Dotieratomen ist dabei für Grundlagenforschung und Halbleiterindustrie gleichermaßen von Inte-resse: Innerhalb der nächsten fünf Jahre werden Transistoren, die primären Schaltelemente in jedem gewöhnlichen Computer, auf Strukturgrößen von 15nm geschrumpft sein [1]. Sie sind dann mit der Ausdehnung der quantenmechani-schen Wellenfunktion einzelner Dotieratome vergleichbar. Der typische Durchmesser einer Akzeptorwellenfunktion in Silizium liegt bei 4nm und die Ausdehnung einer Donatorwellenfunktion beträgt bis zu 10nm [2-5]. In naher Zukunft wird nicht nur die genaue Verteilung der Dotieratome in einem Bauele-ment wichtig sein, sondern auch ihre räumliche elektronische Struktur [6, 7]. In diesem Zusammenhang geben Akzeptoren in III-V Verbindungshalbleitern bis heute Rätsel auf. Die Querschnitts-Rastertunnelmikroskopie (X-STM) ermög-licht es, vergrabene Defekte und Heterostrukturen mit dem STM abzubilden [9, 14-16]. Dabei wird eine Halbleiterprobe gezielt entlang einer bevorzugten {110} Bruchrichtung gespalten, so dass ein atomar glatter Querschnitt durch die Struk-tur zugänglich wird. Im STM erscheinen flache Akzeptoren, die knapp unter der Spaltfläche vergraben sind, als dreieckige Bereiche erhöhter Leitfähigkeit [11, 22]. Für tiefe Akzeptoren dagegen wurden bisher flügelförmige Kontraste beobachtet [23]. Obwohl dieses Erscheinungsbild seit einiger Zeit bekannt ist, entziehen sich die beobachteten Akzeptorkontraste bisher einer theoretischen Beschreibung, da sie nicht der Symmetrie der zugrundeliegenden Bandstruktur (c2V) entsprechen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist das experimentelle Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse. In Kapitel 4 wird gezeigt, dass die anisotropen Kontraste von Tunnelprozessen nahe der Valenzbandkante herrühren. Zwei ver-schiedene Tunnelprozesse können identifiziert werden, die anisotrope Leitfähigkeitsverteilungen aufweisen.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleAtomic Scale Images of Acceptors in III-V Semiconductorsde
dc.title.alternativeBand Bending, Tunneling Paths and Wave Functionsde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeSchönhammer, Kurt Prof. Dr.de
dc.date.examination2007-10-26de
dc.subject.dnb530 Physikde
dc.description.abstractengThis thesis reports measurements of single dopant atoms in III-V semiconduc-tors with low temperature Scanning Tunneling Microscopy (STM) and Scanning Tunneling Spectroscopy (STS). It investigates the anisotropic spatial distribution of acceptor induced tunneling processes at the {110} cleavage planes. Two dif-ferent tunneling processes are identified: conventional imaging of the squared acceptor wave function and resonant tunneling at the charged acceptor. A thor-ough analysis of the tip induced space charge layers identifies characteristic bias windows for each tunnel process. The symmetry of the host crystal s band struc-ture determines the spatial distribution of the tunneling paths for both processes. Symmetry reducing effects at the surface are responsible for a pronounced asymmetry of the acceptor contrasts along the principal [001] axis. Uniaxial strain fields due to surface relaxation and spin orbit interaction of the tip induced elec-tric field are discussed on the basis of band structure calculations. High-resolution STS studies of acceptor atoms in an operating p-i-n diode confirm that an electric field indeed changes the acceptor contrasts. In conclusion, the aniso-tropic contrasts of acceptors are created by the host crystal s band structure and concomitant symmetry reduction effects at the surface.de
dc.subject.topicMathematics and Computer Sciencede
dc.subject.gerscanning tunneling microscopyde
dc.subject.gersemiconductorsde
dc.subject.gersurfacesde
dc.subject.gerdefectsde
dc.subject.geracceptorsde
dc.subject.gerelectronic band structurede
dc.subject.gerGaAsde
dc.subject.gerInAsde
dc.subject.engRastertunnelmikroskopiede
dc.subject.engHalbleiterde
dc.subject.engOberflächende
dc.subject.engDefektede
dc.subject.engAkzeptorende
dc.subject.engElektronische Bandstrukturde
dc.subject.engGaAsde
dc.subject.engInAsde
dc.subject.bk33.72de
dc.subject.bk33.23de
dc.subject.bk33.68de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1680-5de
dc.identifier.purlwebdoc-1680de
dc.affiliation.instituteFakultät für Physikde
dc.subject.gokfullRVQ 470: Leitungsvorgänge in Halbleitern {Physik: Elektrischede
dc.subject.gokfullmagnetische und optische Eigenschaften}de
dc.subject.gokfullRVQ 220: Fremdatome {Physik: Halbleiter-Störstellen}de
dc.subject.gokfullRVQ 500: Oberflächen von Halbleitern {Physik}de
dc.identifier.ppn611765365de


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