Untersuchung der lokalen strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Fe-GaAs Schottky-Kontakten mit atomar aufgelöster Raster-Tunnel-Mikroskopie in Querschnittsgeometrie

Abstract

Im Zentrum der vorliegenden Arbeit steht die Untersuchung des Zusammenspiels zwischen den lokalen strukturellen Eigenschaften und den nanoskaligen elektronischen Eigenschaften von Metall-Halbleiter Übergängen. Um derartige Zusammenhänge erstmals im Realraum auf der atomaren Skala studieren zu können, wird die Methode der Raster-Tunnel-Mikroskopie und -Spektroskopie in Querschnittsgeometrie eingesetzt. Als prototypisches Modellsystem mit nahezu idealer Gitteranpassung wird das Probensystem Fe-GaAs{110} untersucht.Anhand von atomar aufgelösten XSTM Topografien des Metall-Halbleiter Übergangsbereichs wird zunächst die atomare Struktur des GaAs Substrats bis hin zur Metall-Halbleiter Grenzfläche im Realraum aufgeklärt. Die Untersuchungen zeigen, dass durch ein in zwei Schritten ablaufendes Präparationsverfahren (Deposition des ultradünnen Fe-Films bei einer Substrattemperatur von 130(5) K, anschließendes Annealen der Probe bis auf Raumtemperatur) Reaktionen an der Fe-GaAs{110} Grenzfläche erstmals effektiv unterdrückt werden können.Der Zusammenhang zwischen den strukturellen Eigenschaften des idealen Fe-GaAs{110} Schottky-Kontakts und den lokalen elektronischen Eigenschaften wird durch STS Messungen in Querschnittsgeometrie untersucht. Anhand des Verlaufs der differentiellen Leitfähigkeit im Energiebereich der GaAs Bandlücke wird nachgewiesen, dass sich das System durch ein Kontinuum von Bandlückenzuständen an der Grenzfläche auszeichnet. Es wird gezeigt, dass die charakteristische Schottky-Barrierenhöhe durch den Vergleich von experimentellen XSTS Daten mit 3D FEM Simulationen unter Berücksichtigung der spitzeninduzierten Bandverbiegung bestimmt werden kann. Im Fall des idealen Fe-GaAs{110} Schottky-Kontakts liegt sie mit 0,92(3) eV deutlich über den Werten von konventionell gewachsenen Fe-GaAs{110} Schottky-Kontakten. Sowohl die Schottky-Barrierenhöhe als auch die Eigenschaften der Bandlückenzustände werden vor dem Hintergrund verschiedener theoretischer Modelle der Schottky-Barrierenformierung diskutiert.Darüber hinaus wird gezeigt, dass es durch die Verknüpfung von XSTS Daten mit FEM Simulationen erstmals möglich ist, die Auswirkungen der diskreten Verteilung von Dotieratomen auf die Potentiallandschaft in der Raumladungszone eines Schottky-Kontakts im Realraum zu untersuchen.