Исследование туннельных эффектов в наноструктурах методами сканирующей зондовой микроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕР|Й|Р]®Т ОД __имени М. В ЛОМОНОСОВА ^ ^

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ имени Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА

На правах рукописи !

ТРИФОНОВ Артем Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ТУННЕЛЬНЫХ ЭФФЕКТОВ В НАНОСТРУКТУРАХ МЕТОДАМИ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ.

Специальность 01.04 04 - физическая электроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2000 г

Работа выполнена в отделе микроэлектроники НИИЯФ МГУ и на кафедре атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: кандидат физико-математических наук,

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор физико-математических наук,

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Физический институт имени П Н. Лебедева

Российской Академии Наук, г. Москва

Защита состоится " 21 " декабря 2000 года в 15.00 часов на заседании Диссертационного совета К.053.05.23 в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова.

Адрес: 119899, Москва, Воробьевы горы, НИИЯФ МГУ, 19-й корпус, ауд. 2-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ. Автореферат разослан '31 " ноября 2000 года.

Ученый секретарь )

Диссертационного совета К.053 05 23 В Ъ , С- )

/

кандидат физико-математических наук

старший научный сотрудник, Е С. Солдатов, (физический ф-т, МГУ)

профессор В.П. Митрофанов (физический ф-т, к. Молекулярной физики и физических измерений, МГУ),

кандидат физико-математических наук, Ю.В. Маслеников (ИЗМИРАН, сектор прикладной криоэлектроники)

ВЗУ-Л.иГОЛ

О.В. ЧУМАНОВА.

1.0бш;ая характеристика работы

Актуальность темы. В последнее время становится все более ясно, что будущее электроники - использование квантовых эффектов, таких, как туннелирование электронов. При этом активно исследуются как традиционные туннельные эффекты (автоэлектронная эмиссия), так и недавно открытые эффекты (коррелированное туннелирование электронов).

Явление коррелированного туннелирования электронов (одноэлектроника) - это динамично развивающаяся область физики и электроники, прогресс в которой связан с последними достижениями в области высоких технологий. К настоящему времени уже разработан и нанолитографическими методами изготовлен ряд устройств, работающих на основе одноэлектронного эффекта и обладающих уникальными рабочими характеристиками. Эти разработки открывают возможность создания в недалеком будущем принципиально новой элементной базы цифровых систем [!]• .....

Использование принципа кодирования информации с помощью одного электрона дает возможность разработки цифровых устройств с малым энергопотреблением, что в совокупности с миниатюрностью элементов создает предпосылки для чрезвычайно высокой степени интеграции в одноэлектронных микросхемах.

Однако, существенный недостаток одноэлектронных устройств, изготовленных методами современной литографии - низкая рабочая температура (100 мК, 'температура жидкого гелия лишь в рекордных образцах), таким образом, актуальна проблема повышения (вплоть до комнатной) рабочей температуры таких устройств.

Рабочая температура в одноэлектронных системах определяется емкостью островов, через которые происходит туннелирование электронов, или,

другими словами, рачмером этих- островов Для: создания одноэлектронного устройства, работающего при комнатной температуре (Т = 300 К) необходимо уменьшить характерный размер: острова до 1-1,5 нм, что. ¡нереализуемо нанолитографическими методами.

Одно из самых перспективных направлений в создании высокотемпературных одноэлектронных . систем - использование;; свойств одиночных молекул (молекулярная одноэлектроника) [2]. При этом, молекулы,, пригодные- для задач наноэлекгроники, должны обладать следующими характеристиками .

- малые размеры - емкость туннельного перехода должна быть достаточно малой, чтобы температурные флуктуации были меньше, чем энергия его перезарядки одним электроном (для комнатной температуры С < 1018 Ф);

- стабильность в отношении аюга приёма или отдачи электрона;

В наибольшей мере этим требованиям удовлетворяют так называемые малые молекулярные кластеры [3].

Обобщая вышесказанное, можно утверждать, что путь к разработке одноэлектронных устройств, работающих при комнатной температуре, лежит через поиск молекул, обладающих перечисленными свойствами, разработке контролируемых методов нанесения этих молекул на твердую подложку, а также через исследование механизмов протекания электрического тока: в таких системах. Первые три главы диссертации посвящены решению этих.проблем.

Явление автоэлекгронной эмиссии [4] - относительно давно изучаемая область; физики; однако в последнее время-¡интерес ■ исследователей сильно возрос к этой'области в! связи с созданием новых материалов, обладающих уникальными эмиссионными "¡характеристиками, такими, как высокая интенсивность эмиссионного тока, плотность и пространственная однородность расположения центров1 эмиссии.'Использование таких материалов открывает перспективы создания чрезвычайно эффективных холодных катодов.

В настоящее время перед исследователями стоят проблемы изучения эмиссионных свойств таких материалов для определения механизма эмиссии, что позволит развить технологию изготовления эмитгарующих пленок с заданными параметрами. Такому изучению посвящена последняя глава данной диссертации.

Цель работы. Основной целью настоящей работы являлось проведение комплексного исследования методами сканирующей зондовой микроскопии двух туннельных эффектов: коррелированного туннелирования электронов в молекулярных системах и автоэлектронной эмиссии. В соответствии с поставленной целью задачами работы являлись:

1 Разработка воспроизводимого технологического процесса контролируемого создания стабильных молекулярных структур, в которых реализуется коррелированное туннелирование электронов при комнатной температуре (Т = 300 К).

2.Исследование особенностей электронного транспорта в таких системах, определение основных электрических параметров. Изучение влияния различных свойств молекул, используемых для реализации одноэлектронных туннельных барьеров (химический состав, размеры, структура электронных уровней), на электрические характеристики этих систем.

3.Разработка методики исследования автоэмиссионных характеристик нанокристаллических алмазных пленок с высоким пространственным разрешением (~ 10 нм), определение основных эмиссионных параметров таких пленок, построение модели возникновения и протекания эмиссионного тока.

Научная новизна определяется следующими, наиболее важными полученными результатами:

1 Разработана технология воспроизводимого создания стабильных молекулярных туннельных систем с заранее заданными параметрами, в которых

реализуется эффект коррелированного туннелирования электронов. Технология основана на использовании молекулярных кластеров, техники Ленгмюра-Блоджетг для их нанесения на подложку и техники СТМ. Экспериментально реализованы одноэлектронные системы, работающие при комнатной температуре.

2.Впервые реализован одноэлектронный транзистор на основе одиночной кластерной молекулы, работающий при комнатной температуре (электрометрическая чувствительность системы с учетом реально наблюдаемого шума составляет ~ 7*10"4 е Ынг). Показана решающая роль лигандной оболочки кластерной молекулы при реализации одноэлектронного режима. Показано, что электронное строение исследованного набора кластеров (величина энергетической щели, ионизационный потенциал, спектр поглощения) не влияет существенно па одноэлектронные характеристики системы.

3 Разработанная уникальная экспериментальная методика для изучения полевой электронной эмиссии позволила исследовать с наномегровым разрешением наноалмазные углеродные пленки (измеренная плотность эмитгирующих центров 2*106 см"2 при напряженности электрического поля 20 В/мкм). Показано, что изученные образцы имели положительное сродство к электрону, но с маленьким значением эффективной работы выхода: 0.2 - 0.3 эВ. Впервые показано, что центры эмиссии имеют -тонкую структуру и располагаются не на вершинах гранул, как считалось ранее, а между гранулами, в районе узких дефектов поверхности. На основе экспериментальных данных предложена модель возникновения эмиссионного тока на участках с вкраплениями неалмазной проводящей фазы за счет усиления поля.

Практическая ценность работы. В работе подробно исследуются вопросы создания молекулярных одноэлектронных устройств, работающих при

комнатной температуре. При этом решается ряд фундаментальных и технологических вопросов создания прототипов базовых молекулярных элементов ЭВМ.

Практическая ценность полученных результатов состоит в создании предпосылок для разработки и изготовления аналоговых и цифровых одноэлектроных молекулярных схем с площадью простейшего элемента менее 10"5 мкм2. В ходе разработок даны важные практические рекомендации по изготовлению таких структур.

Практический интерес к явлению холодной или автоэлектронной эмиссии с поверхности алмазоподобных пленок связан тем, что (111)-грань алмаза имеет отрицательное или очень небольшое положительное сродство к электрону. Это свойство алмаза наряду с его химической инертностью, высокой теплопроводностью и развитыми методами газофазного синтеза алмазных пленок на больших поверхностях ' делают алмазные пленки весьма привлекательным для создания эффективных холодных катодов, в частности, при создании плоских автоэмиссионных дисплеев или сверхъярких источников света.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 18 всероссийских и международных конференциях, в том числе на:

- международных симпозиумах по проблемам наноэлектроники (Nanostmctures: physics and technology) в 1996, 1997, 1998, 1999 гг. (Ст.Петербург, Россия),

- международной конференции по новым алмазоподобным материалам (European Conference on Diamond, Diamond-Like Matenals) в 1998 г (Крит, Греция),

- международной конференции по молекулярной электронике (ЕСМЕ 96) в 1996 г. (Левен, Бельгия),

- международной конференции по организованным пленкам (ECOF) в 1996 и 1997 гг.,

- международной конференции MESO 1997 г. (Черноголовка, Россия)

- а также на других всероссийских и международных конференциях.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований опубликованы в 11-ти печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы составляет 137 страниц. Она содержит 43 рисунка, 2 таблицы и список цитируемой литературы из 104 названий.

2. Содержание работы:

Во введении обсуждаются цель и задачи диссертационной работы, на основании литературных данных приводится обзор результатов исследований эффекта коррелированного туннелирования электронов в различных системах, накопленных к моменту выполнения настоящей диссертационной работы. Приведен список печатных работ, в которых отражено основное содержание диссертации.

Первая глава носит обзорно-теоретический характер. В ней формулируются основные принципы описания состояния однозлектронных структур и способы расчета их электрических состояний как в приближении непрерывности энергетического спектра всех контактов, так и в приближении дискретности энергетического спектра центрального электрода, приводится описание основных принципов работы сканирующего туннельного микроскопа

и дан краткий обзор принципов работы других методик сканирующей зондовой микроскопии.

В § 1.1 приведены основное сведения об эффекте коррелированного туннелирования электронов в приближении непрерывности энергетического спектра контактов (так называемая "ортодоксальная" теория одноэлектронного туннелирования [5]).

Рассмотрены условия наблюдения одноэлектроных эффектов:

где е - заряд электрона, к - постоянная Больцмана, к - постоянная Планка, С -емкость туннельного перехода, К,, - туннельное и шунтирующее сопротивления. Для выполнения неравенства (1) при комнатной температуре 300 К емкость С должна быть менее 10"18 Ф, что соответствует характерному размеру перехода порядка одного нанометра..

Рассмотрено также влияние , на электрические характеристики одноэлектронных систем величин туннельного сопротивления, шунтирующего сопротивления, транспортного тока и температуры.

Показано, что на практике одноэлектронные эффекты исследуют в многопереходных туннельных системах,: т.к. ,в- случае одного туннельного перехода паразитная емкость подводящих электродов делает неравенство (1) практически невыполнимым.

В § 1,2 рассматриваются дополнения к "ортодоксальной" теории {5], возникающие из-за учета дискретности энергетического спектра центрального электрода. Показано, что при уменьшении размеров центрального острова до

' 1

е2/2С»кТ, Д>» %

& » Яд, Яв = И/е3~25 Юм.

0)

(2)

нескольких нанометров, при расчете электрических характерис-гак одноэлекгронной системы необходимо учитывать влияние дискретности энергетического спектра, т.к. расстояние между уровнями при таких размерах острова может быть сравнимым с величинами характерных особенностей на электронных характеристиках.

Приводятся качественные оценки для поправок при расчете величины периода сигнальной характеристики и особенностей на вольт-амперной характеристике (ВАХ) - кулоновской блокады, кулоновской лестницы. Далее приводятся основные выводы и формулы количественной теории [6], в которой при рассмотрении эффектов коррелированного туннелирования электронов учтена дискретность энергетического спектра центрального острова. Рассмотрены случаи быстрой и медленной релаксации электронов по уровням энергии. Показано, что конечность скорости энергетической релаксации приводит к сглаживанию характерных одноэяектронных особенностей на ВАХ, а дискретность энергетического спектра - к появлению дополнительных ступенек на ВАХ.

В § 1.3 даны оценки величин основных параметров реальной одноэлектронной системы (двухпереходная туннельная система "игла СТМ -молекула - подложка"), описываемой в следующих главах диссертации -туннельного сопротивления, емкостей туннельных переходов и центрального острова, характерного расстояния между уровнями энергии в центральном электроде, времени туннелирования и скорости энергетической релаксации электронов по уровням энергии центрального острова. Исходя из этих оценок приводятся ожидаемые величины кулоновских особенностей на электронных характеристиках. ■

Показано, что согласно оценкам, одноэлектронные эффекты в исследуемой системе должны наблюдаться при комнатной температуре и при

ю

их интерпретации необходимо учитывать дискретность энергетического спектра центрального острова.

§ 1.4 посвящен описанию сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Описаны основные принципы работы, приведены некоторые теоретические выкладки для понимания правильной интерпретации СТМ - изображения

Рассмотрен вопрос о пространственном разрешении СТМ (некоторые выкладки даны в приложении Г), показано, что в СТМ можно изучать выбранные объекты размером 1.5 нм и меньше, до нескольких ангстрем.

В конце параграфа приведена сводная таблица основных характеристик сканирующих зондовых микроскопов, из которой видно, что необходимого пространственного разрешения можно достичь только в СТМ.

Во второй главе диссертации предлагается и обосновывается схема эксперимента по созданию и изучению одноэлектронных систем, работающих при комнатной температуре: двухпереходная туннельная структура "игла СТМ -молекула - подложка". Описаны используемые кластерные молекулы, технология изготовления образцов и техника проведения измерений.

В § 2.1 детально формулируется и обосновывается схема эксперимента: выбор объектов, обладающих необходимыми свойствами, разработка воспроизводимой технологии закрепления этих объектов на подложке, разработка методик нахождения и идентификации этих объектов.

Далее дается краткое описание используемого оборудования: СТМ, установка для нанесения пленок Ленгмюра-Блоджетт, технологическое оборудование для проведения нанолитографических работ.

§ 2 2 посвящен описанию кластерных молекул - остова из атомов металла или переходного элемента, окруженного лигандной оболочкой из легких атомов и/или простейших молекул. Показано, что такие кластерные молекулы идеально

подходят для реализации центрального острова в двухпереходной туннельной системе:

- Размеры различных кластерных молекул варьируются от 6 до 60 А, т.е. емкость центрального острова будет достаточно мала для наблюдения эффекта коррелированного туннелирования электронов при комнатной температуре.

- Особенность электронного строения кластерных молекул - наличие густой сети близко расположенных верхних заполненных молекулярных орбиталей и соответствующих им нижних вакантных молекулярных орбиталей (и те и другие, как правило, слабо связывающие) обусловливает с одной стороны появление в кластерах множественных электронных обратимых переходов и, с другой стороны, обеспечивает достаточную устойчивость остова кластерной молекулы после добавления или удаления электрона.

- Кластерные молекулы одного типа строго одинаковы как по составу, так и по строению.

- К настоящему моменту известно огромное разнообразие кластерных молекул, отличающихся химическим составом, строением, размером и т.д.

В конце параграфа приведена сводная таблица всех исследованных в рамках данной диссертации кластерных молекул.

В § 2.3 описана методика формирования исследованных структур: рассмотрены различные методики нанесения кластерных молекул на подложку, показано, что наилучшие и воспроизводимые результаты дает методика Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) [7], которая позволяет контролируемым образом получать стабильные монослои кластерных молекул с заданными расстояниями между молекулами.

Рассмотрено влияние лигандной оболочки и формы кластерной молекулы на возможность реализации на ее основе одноэлектронных структур, показано,

что лучше всего подходят несимметричные по форме кластерные молекулы, обязательно окруженные лигандной оболочкой.

В § 2.4 подробно описаны технологические процессы нанесения кластерных молекул методом ЛБ. Рассмотрены методики создания ЛБ-монослоев, состоящих как из кластерных молекул, так и смешанных монослоев, в которых кластерные молекулы встроены в стабилизирующую матрицу стеариновой кислоты. Описан также реализованный в работе способ получения одномерных цепочек из наночастиц, обладающих магнитным или электрическим диполышм моментом.

Глава 3 посвящена обсуждению экспериментальных результатов исследования электронного транспорта в молекулярных системах и сравнению их с расчетами в рамках различных моделей.

В § 3.1 дано подробное описание всех этапов эксперимента по изучению эффекта коррелированного туннелирования электронов в молекулярной системе при комнатной температуре. Сначала рассмотрены вопросы нахождения и идентификации кластерных молекул в СТМ. Приведены и обсуждены различные конфигурации расположения кластерных молекул на подложке -одиночные молекулы, цепочки и упорядоченные массивы кластеров. Далее описана разработанная автором методика измерения в СТМ локальных электронных характеристик туннельных систем.

Описана методика изготовления управляющего электрода (затвора) для управления туннельным током через двухпереходную структуру "игла СТМ -молекула - подложка".

В § 3.2 описаны электронные характеристики системы "игла СТМ -молекула - подложка". В зависимости от типа кластерной молекулы и условий эксперимента были зарегистрированы ВАХи типа "кулоновская блокада" или "кулоновская лестница". Наиболее убедительным доказательством того, что

наблюдаемые особенности обусловлены явлением коррелированного туннелирования электронов служат сигнальные характеристики системы, т.е. зависимости туннельного тока от напряжения затвора. Они имеют вид периодических колебаний туннельного тока при расположении иглы СТМ над кластерной молекулой и вид горизонтальной прямой = сош(Уеа1^) над ровным участком поверхности.

§ 3.3 посвящен обсуждению ' одноэлектронного молекулярного транзистора. Приводятся и сравниваются электронные характеристики (ВАХ и сигнальные характеристики) для транзисторов на основе двух совершенно разных по химическому составу и строению кластерных молекул: карборанового кластера {1.7-(СНз)т1-2-С:ВщНяТ1(ОСОСР3)^ и платинового кластера (РС5(СО)б[Р(С2Н3)3]4).

Из экспериментальных данных разными способами определены электрические параметры системы - туннельные емкости и сопротивления (3*1(У19 Ф, 500 МОм), взаимная емкость управляющего электрода и молекулы (2*10"19 Ф), чувствительность к электрическому заряду одноэлектронного транзистора (7*10^ е !-Шг), которые оказались в хорошем согласии с теорией [5] и с геометрией системы.

Согласие между экспериментальными данными для системы с центральным электродом в виде одиночной кластерной молекулы и "ортодоксальной" теорией [5], написанной для металлических электродов, свидетельствует о том, что поведение электронов при транспорте через кластер в сильной степени аналогично поведению электрона в наночастице металла. Это может быть вызвано тем, что кластер имеет спектр электронных состояний, в миниатюре похожий на спектр металла, особенно при высоких температурах, когда тепловое размытие уровней велико (типичное расстояние между уровнями в кластерной молекуле 35мэВ, при тепловой энергии 26 мэВ для Т = 300К), и поэтому при малых токах кластер ведет себя подобно грануле металла.

Это объясняет пригодность полуклассической теории [5] для описания коррелированного туннелирования электронов через такие сугубо квантовые объекты, как одиночные молекулы кластеров.

Очень важен тот факт, что режим коррелированного туннелирования электронов был независимо реализован на базе двух совершенно разных по химическому составу кластерных молекулах. Таким образом, было показано, что при выборе подходящей для реализации одноэлектронного транзистора кластерной молекулы, химический состав кластера не играет решающую роль.

В § 3.4 обсуждается влияние различных параметров молекулярной системы (состав молекулы, энергетический спектр, размер молекулы) на величины одноэлектронных особенностей.

На примере ряда однотипных кластерных молекул, отличающихся количеством атомов метала в остове (размеры остова кластерных молекул: 6, 7, 9, 25 А) показано, что зависимость размера кулоновской блокады от емкости (размера) кластерной молекулы соответствует полуклассической теории [5]. Небольшие расхождения с теорией, возникающие при уменьшении размера кластера до величин менее 10 А, объяснены возможным влиянием пространственной, ориентации кластерной молекулы на процесс туннелирования электронов.

Показано, что в изучаемых системах эффект коррелированного туннелирования электронов превалирует над эффектом дискретности энергетических уровней кластерной молекулы: отношение характерной кулоновской энергии к типичному расстоянию между энергетическими уровнями кластерной молекулы .порядка, 10. , . .

В § 3.5 кратко описаны перспективы создания молекулярных высокотемпературных одноэлектронных систем.

конце главы сформулированы выводы по результатам изучения эффектов коррелированного туннелирования электронов в молекулярных системах. ■ ■ ; • '

. .Глава . .4; посвящена . описанию :исследования полевой эмиссии нанокристаллических;-.алмазных пленок методами сканирующей зондовой микроскопии.

В § 4.1 аргументируется постановка задачи исследования автоэмиссионных свойств алмазных пленок, дан краткий литературный обзор последних достижений в этой области.

В § 4.2 дано описание нанокристаллических алмазных пленок с рекордными эмиссионными характеристиками. Показана необходимость прояснения ряда вопросов таких, как механизм возникновения эмиссионного тока,¡размеры центров эмиссии и их плотность.

В § 4.3 описана разработанная автором методика изучения автоэмиссионных свойств различных материалов с помощью СТМ. Суть этой методики в следующем: во время обычного сканирования игла СТМ в каждой точке ¡¡поверхности отводится на большое (не туннельное, ~ 20-40 нм) расстояние от поверхности и измеряется величина тока эмиссии- Таким образом, за один цикл.измеряется топография поверхности и соответствующая ей карта распределения эмиссионного тока, причем разработанный оригинальный алгоритм позволял измерять карту распределения эмиссионного тока с пространственным разрешением не хуже 10 нм, что на несколько порядков лучше разрешения традиционных методов. '

§ 4.4 посвящен обсуждению полученных с помощью разработанной методики экспериментальных результатов.

Величина эффективной работы выхода (полученная из характеристики Фаулера-Нордгейма) в местах эмиссии оказалась равной +(0.2 - 0 3) эВ. Центры

1 к

эмиссии оказались расположены на склонах гранул или между гранулами, при этом впервые показано наличие тонкой пространственной структуры эмиссионных центров. Размер каждого центра эмиссии колеблется от 40 до 100 нм, плотность эмиссионных центров - 2*10"6 см2.

По результатам измерений построена модель возникновения эмиссионного тока в нанокристаллических алмазных пленках: эмиссия является следствием усиления электрического поля в районе проводящих границ между гранулами. Существование таких границ между кристаллитами подтверждает представление о такой кинетике роста алмазных пленок, при которой в пленке происходит агрегация дефектов в растущей поверхности. При этом атомам водорода трудно проникнуть в объем углеродной пленки и протравить ее в регионах между гранулами. В результате это приводит к увеличению графитовой фазы в таких регионах, и, следовательно, к увеличению проводимости. Другими словами, пленки представляют собой проводящие микроребра, окруженные диэлектрическими или низкопроводящими алмазными нанокристаллами.

3. Основные результаты работы

1. Разработана лабораторная технология создания сверхмалых туннельных переходов с заранее заданными параметрами (емкость, сопротивление) на базе одиночных молекул, включающая методику надежного закрепления молекул на поверхности подложки, методики идентификации молекул и методики измерения электронных характеристик системы.

2. Методами сканирующей зондовой микроскопии исследован широкий круг кластерных молекул и малых частиц с размером от б до 100 А. На базе кластерных молекул и частиц размером меньше 3 нм были построены двухпереходные! туннельные системы, в которых реализовался режим

коррелированного туннелирования электронов при комнатной температуре.

.., •3, Впервые был реализован одноэлектронный транзистор на основе одиночной кластерной молекулы, работающий при комнатной температуре 300 К. ... ..

4. Показана решающая роль лигандной оболочки кластерной молекулы при реализации одноэлеюронного режима. Показано, что электронное строение исследованного набора кластеров (величина энергетической щели, ионизационный потенциал, спектр поглощения) не влияет существенно на одноэлектронные характеристики системы.

5. Оценка электрометрической чувствительности системы с учетом реально наблюдаемого шума составляет ~ V^IO4 е /4Ш. Достижение лучшей чувствительности в изучаемой нами системе ограничено избыточным шумом в СТМ г 150 пА на частоте 300 Гц. Из измеренных характеристик различными способами были оценены емкости туннельных переходов транзистора и взаимной емкости с управляющим электродом, оказавшиеся одного порядка: 3*10"" Ф. Показано, что экспериментально измеренные параметры находятся в качественном согласии •.с .существующей..подумассической теорией, однако имеются небольшие расхождения, которые объясняются дискретностью энергетического спектра кластерных молекул.

6. Разработана уникальная экспериментальная методика для изучения полевой электронной эмиссии. С помощью этой методики впервые были исследованы с нанометровым разрешением наноалмазные углеродные пленки, что позволило выработать рекомендации для усовершенствования технологии изготовления пленок с рекордно . высокой плотностью (2*10б : см'2) и интенсивностью эмиттирующих центров при; напряженности электрического поля 20 В/мкм. Показано,,:.что.; изученные образцы имели положительное сродство к электрону, но с маленьким значением эффективной работы выхода 0.2-0.3 эВ.

7. Впервые показано, что центры эмиссии имеют тонкую пространственную структуру и располагаются не на вершинах гранул, как считалось ранее, а между гранулами, в районе узких дефектов поверхности.

8. Построена модель возникновения эмиссионного тока на участках с вкраплениями неалмазной проводящей фазы за счет усиления поля.

Публикации по теме диссертации

1: A.C. Трифонов, С.А. Яковенко, В В. Ханин, С П. Губин, Г.Б. Хомутов, Е.С. Солдатов, В.В. Колесов, Д.Е. Преснов. Room temperature single-electron tunneling transistor on the base of cluster molecule, // Препринт физфака МГУ № 3/1996,Москва, (1996).

2 A.C. Трифонов, С.А. Яковенко, В В. Ханин, С П. Губин, Г.Б. Хомутов, Е.С. Солдатов, В.В. Колесов, Д.Е. Преснов. Одноэлектронный транзистор на основе одиночной кластерной молекулы при комнатной температуре, // Письма в ЖЭТФ, 64(7), 510, (1996)

3. СП.Губин, В.В.Ханин, Е.С.Солдатов, А.С.Трифонов. Наноразмерные кластерные материалы. I. Одиночные кластеры на поверхности графита, // Неорганические материалы 32(10), 1265, (1996).

4. С.А. Яковенко, С П. Губин, Е.С Солдатов, A.C. Трифонов, В.В. Ханин, Г.Б. Хомутов, Наноразмерные кластерные материалы. II. Ленгмюровские пленки стеариновой кислоты с кластерами, // Неорганические материалы 32(10), 1272, (1996).

5. С.П. Губин, В.В. Колесов, Е.С. Солдатов, A.C. Трифонов, С.Г. Юдин, Наноразмерные кластерные материалы III, Кластеры на поверхности ленгмюровского монослоя, //Неорганические материалы, 33(10), 1216, (1997).

6. S.P.Gubin, E.S.Soldatov, A.S.Trifonov, V.V.Khanin. Change in the conductivity of

single naked metallic clusters by ligation, // Mendeleev Communications, 1,30, (1997) 7: Т.Б. Хомутов, E C Солдатов, С П. Губин, C.A. Яковенко, A.C. Трифонов, А.Ю, Обыденов, В.В. Ханин, Langmuir-Blodgett films in the development of high temperature single electron tunneling devices, // Thin Solid Films, 327-329, 550,

(1998).

8. С.П. Губин, В.В. Кислов, В.В. Колесов, Е.С. Солдатов, А С. Трифонов, The Molecular cluster-material for nanoelectromcs, // NanoStructured Materials, 12, 1131,

(1999).

9. A T. Рахимов, В А Самородов, Е.С. Солдатов, H.B Суетин, М.А. Тимофеев, АС. Трифонов, В.В. Ханин, Исследование полевой "эмиссии нанокристаллических алмазных пленок методом сканирующей туннельной микроскопии.//Поверхность, 7, 39, (1999).

10. А.Т. Рахимов, В.А. Самородов, Е С. Солдатов, Н.В. Суетин, М.А. Тимофеев, А.С. Трифонов, В.В. Ханин, Исследование корреляции эмиссионных и структурных характеристик алмазных пленок • методом сканирующей туннельной микроскопии. // Поверхность, 7, 43, (1999).

11 .AT. Rakhimov, N.V. Suetm, E.S. Soldatov, М.А. Timofeyev, A S. Tnfonov, V.V. Khamn, A. Siizars. Scanning tunneling microscope study of diamond films for electron fieldierrussion, // J. Vac. Sci. Technol. B, 18 (1), 76, (Jan/Feb 2000).

Цитируемая литература

1. K.K. Likharev, Single-Electron Devices and Their Application, // Proceedings of the IEEE, 87 (4), (April 1999).

2. A.Aviram, M. Ratner, Eds. Molecular Electronics: Sciense and Technology (Annals of the New York Academy of Sciences). New York: New York Academy of Science, (1998).

3. С.П. Губин Химия кластеров. //Москва. "Наука". (1987).

4. А. Модинос, Авто-, термо- и вторично-электронная эмиссионная

спектроскопия, // пер. с англ. под ред. Г.Н. Фурсея с доп Л И. Васина и др., М. Наука, (1990).

5. D. V. Averm and К.К. Likharev, Single-Electronics. In Mesoscopic phenomena in Solids, edited by B.L. Altshuler, P. A. Lee and R.A Webb. // Elsevier, Amsterdam, 173 (1991).

6. Д.В. Аверин, А Н. Коротков. ЖЭТФ, 97(5), 1661, (1990).

7. Langmuir-Blodgett films, Ed. by G.G. Roberts, Plenum Press, New-York, (1990).

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.

КОРРЕЛИРОВАННОЕ ТУННЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В ПЕРЕХОДАХ

СВЕРХМАЛОЙ ЕМКОСТИ.

1.1. "Ортодоксальная" теория одноэлектроники.

1.2. Одноэлектронные эффекты в сверхмалых туннельных переходах.

1.3. Экспериментальная ситуация. 3 3 1.4 Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ)

1.4.1 Принцип работы

1.4.2. Теория

1.5. Постановка задачи.

ГЛАВА 2.

МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ НАНОСИСТЕМ.

2.1. Технологическое и измерительное оборудование.

2.2. Кластерные молекулы.

2.3. Методика формирования наноструктур.

2.4. Технология создания ленгмюровского монослоя.

2.4.1. ЛБ - монослои только из кластеров.

2.4.2. Смешанные ЛБ - монослои.

2.4.3. Одномерные цепочки.

ГЛАВА 3.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОЛЕКУЛЯРНЫХ

ОДНОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ.

3.1. Описание эксперимента.

3.1.1. Топография.

3.1.2. Измерение туннельных характеристик молекулярных наносистем.

3.1.3. Изготовление управляющего электрода.

3.2. Одноэлектронные эффекты в молекулярных системах.

3.3. Одноэлектронный транзистор.

3.4. Влияние параметров системы на величину одноэлектронных особенностей.

3.4.1. Размер кулоновской блокады.

3.4.2. Влияние лигандной оболочки.

3.4.3. Влияние структуры уровней кластера.

3.5. Многопереходные системы на основе одиночных молекул.

3.6. Выводы

ГЛАВА 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВОЙ ЭМИССИИ ЭЛЕКТРОНОВ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АЛМАЗНЫХ ПЛЕНОК МЕТОДАМИ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ.

4.1. Описание проблемы.

4.2. Алмазные пленки.

4.3. Методика измерений.

4.4. Результаты измерений.

В последние годы большой интерес вызывают зарядовые эффекты, возникающие при протекании тока через сверхмалые туннельные переходы. Этот интерес обусловлен достижениями современной нанотехнологии, которая позволяет в настоящее время контролируемым образом изготавливать туннельные переходы с линейными размерами менее 100 нм, что соответствует емкости перехода менее 10"15 Ф. При температурах ниже 1Kb таких переходах становится существенной зарядовая энергия емкости переходов при туннелировании даже одиночных электронов, что приводит к возможности наблюдения нового класса явлений - коррелированного туннелирования электронов, известного также под названием одноэлектроника. На основе этого явления Можно реализовать целый ряд уникальных устройств (квантовый стандарт тока, сверхчувствительный электрометр и т.д.), обладающих рекордными характеристиками.

Детальные исследования механизмов зарядового транспорта на уровне единичных актов туннелирования электронов, пространственной и временной корреляции таких туннельных событий, высокая чувствительность одноэлектронных структур к сверхслабым электрическим полям имеет большое фундаментальное значение как с точки зрения выяснения природы явления, так и с точки зрения создания уникальных измерительных устройств, позволяющих проводить фундаментальные исследования, невозможные ранее.

Однако, возможности традиционной технологии изготовления сверхмалых микроэлектронных структур ограничены минимальным размером отдельного элемента (транзистора) и плотностью их расположения на поверхности кристалла. Это связано с ограниченностью разрешающей способности нанолитографического оборудования (на уровне несколько нм), химической неоднородностью слоев, в которых формируются отдельные элементы и неоднородностью подложки. Плотность расположения элементов на кристалле ограничена также большим тепловыделением используемых в настоящее время элементов, которое приводит к разрушению схемы. Таким образом, актуален поиск новых альтернативных путей развития электроники.

Одним из таких путей может быть использование свойств отдельных кластеров или молекул, которое может позволить изготовить туннельные переходы с чрезвычайно малыми размерами. В 1974 году была обоснована возможность создания молекулярной электроники и биоэлектроники. [3]. При этом, молекулы, пригодные для задач наноэлектроники, должны обладать следующими характеристиками:

- малые размеры - ёмкость туннельного перехода должна быть достаточно малой, чтобы температурные флуктуации были меньше, чем энергия его перезарядки одним электроном (для комнатной температуры С < 10"18 Ф);

- стабильность в отношении акта приёма или отдачи электрона;

- должны быть разработаны методы манипулирования такими молекулами.

В наибольшей мере этим требованиям удовлетворяют так называемые малые молекулярные кластеры [2].

Для исследования локальных электронных характеристик систем с нанометровой геометрией идеальным является метод сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии (СТМ и СТС). В последнее время во всем мире проводятся активные исследования одноэлектронных эффектов в наноразмерных структурах с использованием СТМ. Накоплен богатый экспериментальный материал. Однако, при создании наноструктур на основе одиночных молекул возникают сложности, связанные с трудностью изготовления образцов (и, следовательно, с невоспроизводимостью результатов) и/или с неоднозначной интерпретацией результатов, вследствие неопределенности или сложности изучаемого объекта.

Для преодоления этих трудностей необходимо решить следующие задачи:

1 .Разработать методики исследования электронных характеристик образца с высоким (вплоть до атомарного) пространственным разрешением.

2. Исследовать электронные свойства (прежде всего туннельный транспорт электронов) одиночных кластерных молекул и групп кластерных молекул, а также возможности выстраивать и закреплять эти молекулы на твердотельной подложке.

3. Реализовать простейшие элементы одноэлектронных устройств на базе одиночных кластерных молекул и исследовать их туннельные характеристики при комнатной температуре.

В данной диссертации представлены результаты экспериментального исследования туннельных эффектов в молекулярных системах и в углеродосодержагцих тонких пленках методами сканирующей зондовой микроскопии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методом СТМ/СТС исследован широкий класс кластерных молекул, исследованы локальные электронные характеристики таких молекул, а также возможность наносить, закреплять и выстраивать их на твердотельной подложке. Таким образом, разработана технология, позволяющая создавать наноструктуры с заранее заданными характеристиками: это могут быть как отдельные молекулы, закрепленные на определенных расстояниях друг от друга, так и системы кластеров - группы из нескольких молекул, одномерные цепочки молекул, двумерные массивы молекул. Показано, что для этой технологии лучше подходят геометрически несимметричные кластерные молекулы.

2. С помощью этой технологии впервые был реализован одноэлектронный транзистор на основе одиночной кластерной молекулы, работающий при комнатной температуре. Было показано, что такой транзистор обладает чрезвычайно высокой характерной для одноэлектронных систем чувствительностью к электрическому заряду.

3. Сравнение экспериментальных данных с классической "ортодоксальной" теорией одноэлектронного туннелирования показало качественное согласие экспериментальных данных с теорией, однако имеются расхождения, объяснение которых дано в рамках учета дискретности энергетического спектра изучаемых объектов и характерных времен туннелирования в них.

4. Разработана уникальная экспериментальная методика измерения эмиссионных характеристик углеродных (алмазоподобных) пленок с одновременным съемом топографии и карты распределения эмиссии в них. Эта методика позволила исследовать с нанометровым разрешением нанокристаллические алмазные углеродные пленки и впервые измерить плотность эмитирующих центров = 2*106 см"2 при напряженности электрического поля порядка 20 В/мкм. Показано, что изученные образцы имели положительное сродство к электрону, но с малым значением эффективной работы выхода 0.2 - 0.3 эВ. Показано, что центры эмиссии располагаются не на вершинах гранул, как считалось раньше, а между гранулами, в районе узких дефектов поверхности. На основе экспериментальных данных построена модель возникновения эмиссионного тока на участках с вкраплениями неалмазной проводящей фазы за счет усиления поля.

Структура и содержание диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В настоящей работе описаны результаты детального исследования методами сканирующей зондовой микроскопии следующих туннельных эффектов: коррелированного туннелирования электронов при комнатной температуре в искусственно созданных молекулярных системах нанометрового масштаба на базе одиночной молекулы, и эффекта полевой электронной эмиссии с поверхности углеродных алмазоподобных пленок. Основными результатами работы являются:

1. Разработана лабораторная технология создания сверхмалых туннельных переходов с заранее заданными параметрами (емкость, сопротивление) на базе одиночных молекул, включающая методику надежного закрепления молекул на поверхности подложки, методики идентификации молекул и методики измерения электронных характеристик системы.

2. Методами сканирующей зондовой микроскопии исследован широкий круг кластерных молекул и малых частиц с размером от 6 до 100 А. На базе таких кластерных молекул были построены двухпереходные туннельные системы, в которой реализовался режим коррелированного туннелирования электронов.

3. Впервые был реализован одноэлектронный транзистор на основе одиночной кластерной молекулы, работающий при комнатной температуре 300 К. Показано, что электрометрическая чувствительность системы с учетом реально наблюдаемого шума составляет ~ 7*10"4 е /-jHz . Достижение лучшей чувствительности в изучаемой нами системе ограничено избыточным шумом в СТМ - 150 пА на частоте 300 Гц. Из измеренных характеристик различными способами были вычислены емкости туннельных переходов транзистора и взаимной емкости с управляющим электродом: 3*10"19 Ф и 2*10"19 Ф соответственно, что согласуется с расчетами из геометрических соображений. Показано, что экспериментально измеренные параметры находятся в качественном согласии с существующей полуклассической теорией, однако имеются расхождения, которые объясняются дискретностью энергетического спектра кластерных молекул.

4. Показана решающая роль лигандной оболочки кластерной молекулы при реализации одноэлектронного режима. Показано, что электронное строение исследованного набора кластеров (величина энергетической щели, ионизационный потенциал, спектр поглощения) не влияет существенно на одноэлектронные характеристики системы.

5. Разработана уникальная экспериментальная методика для изучения полевой электронной эмиссии, с помощью которой впервые были исследованы с нанометровым разрешением наноалмазные углеродные пленки. Это позволило значительно увеличить надежность и точность измерения плотности эмитирующих центров - 2*10 см" при напряженности электрического поля порядка 20 В/мкм. Обнаружена тонкая пространственная структура эмитирующих центров 10 нм). Показано, что изученные образцы имели положительное сродство к электрону, но с маленьким значением эффективной работы выхода 0.2 - 0.3 эВ. Проведенные исследования позволили существенно улучшить технологию изготовления таких пленок.

6. Показано, что центры эмиссии располагаются не на вершинах гранул, как считалось раньше, а между гранулами, в районе узких дефектов поверхности.

7. Построена модель возникновения эмиссионного тока на участках с вкраплениями неалмазной проводящей фазы за счет усиления поля в районе проводящих границ между гранулами.

123

В заключение я хочу выразить благодарность моему научному руководителю Е.С. Солдатову, я благодарен В.В. Ханину, С.П. Губину и Г.Б. Хомутову, Н.В. Суетину, в тесном сотрудничестве с которыми были получены результаты, Д.Е. Преснову и А.Б. Паволоцкому за неоценимую помощь, оказанную при изготовлении образцов с управляющими электродами.

Я выражаю также благодарность всем своим коллегам по работе в лаборатории криоэлектроники физического факультета МГУ и в отделе микроэлектроники НИИЯФ МГУ.

1. A.Aviram, М. Ratner, Eds. Molecular Electronics: Sciense and Technology (Annals of the New York Academy of Sciences). New York: New York Academy of Science, (1998).

2. С.П. Губин, Химия кластеров. // Москва. "Наука", (1987).

3. К.К. Лихарев О возможности создания аналоговых и цифровых интегральных схем на основе эффекта дискретного одноэлектронного туннелирования, //Микроэлектроника, 16(3), 195, (1987).

4. К.К. Лихарев, Т. Клаесон, Одноэлектроника, // В мире науки, 8, (1992).

5. D.V. Averin, К.К. Likharev, in Mesoscopic Phenomena in Solids, ed. By B.L. Altshuler, P.A. Lee, andR.A. Webb, 173, (Elsevier, Amsterdam, 1991).

6. D.V. Averin, K.K. Likharev. Probable coherent oscillations at single electron tunneling, // in SQUID'85, ed. by H.-D. Hahlbohm and H. Lubbig (W. de Gruyter, Berlin), 197,(1985).

7. D.V. Averin, K.K. Likharev. Coulomb Blockade of the Single-Electron Tunneling and Coherent Oscilattions in Small Tunnel Junctions. // J. Low Temp. Phys. 62, 345,(1986).

8. Д.В. Аверин, K.K. Лихарев, Когерентные колебания в туннельных переходах малых размеров. //ЖЭТФ, 90(2), 733, (1986).

9. Д.В. Аверин. Влияние температуры на одноэлектронные и блоховские колебания в туннельных переходах. // ФНТ, 13(4), 364, (1987).

10. C.J. Gorter. A possible explanation of the increase of the electrical resistance of thin metal films at low temperatures and small field strengths. // Physica 17, 777, (1951).

11. C.A. Neugebauer and M.B. Webb. Electrical conduction mechanism in ultrathin evaporated metal films. // J. Appl. Phys. 33, 74, (1962).

12. Giaever and H.R. Zeller. Tunneling zero-bias anomalities, and small superconductors. //Phys. Rev. Lett. 181, 789, (1969).

13. J. Lambe and R.C. Jaklevich. Charge quantization studies using a tunnel capacitor. //Phys. Rev. Lett. 20, 1504, (1969).

14. И.О. Кулик, Р.И. Шехтер. Кинетические явления и эффекты дискретности заряда в гранулированных средах. // ЖЭТФ, 41, 308, (1975).

15. К.К. Likharev. IBM J. Res. Develop., 32, 144, (1988).

16. JI.C. Кузьмин, K.K. Лихарев. Непосредственное экспериментальное наблюдение дискретного коррелированного одноэлектронного туннелирования, // ЖЭТФ 45(8), 289, (1987).

17. T.A.Fulton, G.J.Dolan. Observation of Single-Electron Charging Effects in Small Tunnel Junctions, // Phys. Rev. Lett. 59, 109, (1987).

18. P. Delsing, T. Claeson, K.K. Likharev, L.S. Kuzmin, Phys. Rev. Lett., 63, 1184, (1989).

19. H.vanHouten, C.W.J. Beenakker, and A.A.M. Staring, Coulomb-Blockade Oscillations in Semiconductor Nanostructures, // in Single Charge Tunneling, Edited by H.Grabert and M.H.Devoret.

20. Ф.Ф. Рейф, Статистическая физика, // M. Наука, (1977); Ч. Киттель, Статистическая термодинамика, // М. Наука, (1977).

21. L.I. Glazman, R.I. Shekhter, J. Phys. Condens. Matter, 1, 5811, (1989).

22. G.W. Bryant, Phys. Rev. Lett., 59, 1140, (1987).

23. P.A. Maksym, T. Chakraborty, Phys. Rev. Lett., 65, 108, (1990).

24. A. Kumar, S.E. Laux, F. Stern, Phys. Rev. B, 42, 5166, (1990).

25. C.W.J. Beenakker, H.van Houten, A.A.M. Staring, in: Granular Nanoelectronics, ed. By D.K. Ferry, J. Barker, C. Jacoboni, (Plenum, New York, 1991).

26. A.A.M. Staring, H.van Houten, C.W.J. Beenakker, C.T. Foxon, in High Magnetic Fields in SemiconductorsPhysics III, ed. by G. Landwehr, (Springer, Berlin, 1991).

27. Д.В. Аверин, A.H. Короткое. ЖЭТФ, 97(5), 1661, (1990).

28. V.V. Shorokhov, P. Johansen, E.S. Soldatov et. al., Simulation of characteristics of molecular SET transistor with discrete energy spectrum of the central electrode, // in press.

29. Y.Takahashi, M. Nagase, H. Namatsu, K. Kurihara, K. Iwdate, Y. Nakajima, S. Horiguchi, K. Murase, M. Tabe, A fabrication technique for Si single electron transistor operation at room temperature, // Electron. Lett., 31, 136, (Jan. 1995).

30. R. P. Andres, T. Bein, M. Dorogi, S. Feng, J. I. Henderson, C. P. Kubiak, W. Mahoney, R. G. Osifchin and R. Reifenberger, Coulomb staircase at room temperature in a self-assembled molecular nanostructure, // Science, 272, 1323, (May 1996).

31. D. Porath, O. Millo, Single electron tunneling and level spectroscopy of isolated C60 molecules, // J. Appl. Phys., 81, 2241, (Mar. 1997).

32. С.П. Губин, B.B. Колесов, E.C. Солдатов, A.C. Трифонов, С.Г. Юдин, Наноразмерные кластерные материалы III, Кластеры на поверхности ленгмюровского монослоя, // Неорганические материалы, 33(10), 1216, (1997).

33. А.С. Трифонов, С.А. Яковенко, В.В. Ханин, С.П. Губин, Г.Б. Хомутов, Е.С. Солдатов, В.В. Колесов, Д.Е. Преснов. Одноэлектронный транзистор на основе одиночной кластерной молекулы при комнатной температуре, // Письма в ЖЭТФ, 64(7), 510, (1996).

34. А.С. Трифонов, СЛ. Яковенко, В.В. Ханин, С.П. Губин, Г.Б. Хомутов, Е.С. Солдатов, В.В. Колесов, Д.Е. Преснов, А.Н. Короткое, Молекулярный одноэлектронный транзистор, работающий при комнатной температуре, // Успехи физических наук, 168(2), 217, (1998).

35. Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н. А.Н. Короткова "Теория одноэлектронных зарядовых эффектов в туннельных структурах сверхмалых размеров", // Москва, (1991).

36. G. Pacchioni and N. Rosch, Inorg. Chem., 29,2901, (1990).

37. G. Binnig, H. Rohrer, et al., Phys. Rev. Lett., 49, 57, (1982).

38. P.K. Hansma, J. Tersoff, Scanning Tunneling Microscopy, J. Appl. Phys. 61(2), (1987).

39. G. Binnig, H. Rohrer, Surf. Sci. 126, 236, (1983).

40. G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, E. Weibel, Phys. Rev. Lett., 50, 120, (1983).

41. J. Tersoff, D.R. Hamann, Phys. Rev. В., 31, 2, (1985).

42. W. Sacks, C. Noguera, J. Vac. Sci. Technol. B, 9, 488, (1991).

43. R. Wiesendanger and D. Anselmetti, STM on Layered Materials, // in "Scanning Tunneling Microscopy I", ed. by H.-J. Guntherodt, R. Wiesendanger, Springer-Verlag, (1991).

44. A. Ohata, H. Niyama, T. Shibata, K. Nakajima and A. Torumi, Silicon-based single-electron tunneling transistor operated at 4.2 K, // Japan J. Appl. Phys., 34(1), 4485, (1995).

45. D. Klein, R. Roth, A. K. L. Lim, A. P. Alivisatos and P. McEuen, A single-electron transistor made from a cadmium selenide nanocrystal, // Nature, 389, 699, (Oct. 1997).

46. J.C. Wan, K.A. McCreer, N. Anand, E. Nowak, A.M. Goldman. Coulomb Blockade on Imaged Mesoscopic Lead Grains.// preprint. University of Minnesota.

47. V.C. Manning, W.C. Trogler, Electronic Structure of Transition Metal Cluster Complexes. //Coord. Chem. Rev.38(2/3), 89, (1981).

48. Trinh Toan, W.P. Fenhammer, L.F. Dahl, Structure and Bonding of the Tetrameric Cyclopentadienyliron Carbonil Monocathion Fe4(H5-C5H5)4(CO)4.+, // J. Amer. Chem. Soc., 94(10), 3389, (1972).

49. T.Fujimoto, A.Fukuoka, Y.Nakamura, Mychikawa, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 845, (1989).

50. J.G.A.Dubois, S.E.Shafranjuk, J,W.Geritsen, E.J.G.Boon, H.Van Kempen, G.Shmid, Europhys. Lett., 33(4), 279, (1996).

51. D. Porath, O. Millo, J.I. Gersten, J. Vac. Sci. Technol. B, 14(1), 3014, (1996).

52. A.H. Schafer, C. Seidel et.al., Advanced Materials, 10(11), 839, (1998).

53. P. Wagner, M. Hegner et. al., Langmuir, 11(10), 3867, (1995).

54. G.L. Gaines, Insoluble monolayers at liquid gas interface, // John Willey, New-York, (1966).

55. B.P. В inks, Adv. Colloid Interface Sci, 34, 343, (1991).

56. Langmuir-Blodgett films, Ed. by G.G. Roberts, Plenum Press, New-York, (1990). 61.S.P.Gubin, E.S.Soldatov, A.S.Trifonov, Y.Y.Khamn. Change in the conductivityof single naked metallic clusters by ligation, //Mendeleev Communications, 1, 30, (1997)

57. H.K. Еременко, Е.Г. Медников, СЛ. Губин, Коорд. химия, 10, 617, (1984).

58. J.P.- Barbier, R. Bender, P. Braunstein et.al, J. Chem. Research, 258,247, (1978).

59. C. Jeholet, Y.S. Obeng, Y.T. Kim et.al.,Electrochemistry and Langmuir Trough Studies of C60 and C70, И J. Am. Chem. Soc, 114(11), 4237, (1992).

60. J.L. Cain, D.E. Nikles, Preparation of acicular iron nanoparticles by the reduction of ferrous salt in the presence of tubular lecithin assemblies, // J. Appl. Phys. 79(8), 4860,(1996);

61. J.L. Cain, D.E. Nikles, Preparation of acicular a-Fe nanoparticles in tubular lecithin colloids, // IEEE Trans. Magn., 32, 4490, (1996).

62. T. Prozorov, R. Prozorov, Yu. Koltypin, I. Felner, A. Gedanken, Sonochemistry under an applied magnetic field: determining the shape of a magnetic particle, // J. Phys. Chem. B, 102, 10165, (1998).

63. T.C. Halsey, Science, 258, 761, (1992).

64. A.S. Silva, D. Wirtz, Langmuir, 14, 578, (1998).

65. G.B. Khomutov, A.Yu. Obidenov, A.S. Trifonov, Synthesis of nanoparticles in Langmuir monolayer, // Materials Science & Engineering C, 8-9, 309, (1999).

66. G.B. Khomutov, S.P. Gubin, A.S. Trifonov et. al., A method for controlled synthesis of anisotropic nanoparticles and nanosystems, // Abstr. of "Advanced Hard and Soft Magnetic Materials", 427, (1999).

67. Binks, B.P. Adv. Colloid Interface Sci., 34, 343, (1991).

68. D.Porath, O. Millo, Single Electron Tunneling, and level spectroscopy of isolated C60 molecule, // J. Appl. Phys., 81(5), 2241, (1997).

69. A.C. Трифонов, C.A. Яковенко, В.В. Ханин, С.П. Губин, Г.Б. Хомутов, Е.С. Солдатов, В.В. Колесов, Д.Е. Преснов. Room temperature single-electron tunneling transistor on the base of cluster molecule, // Препринт физфака МГУ №3/1996,Москва, (1996).

70. С.П.Губин, В.В.Ханин, Е.С.Солдатов, А.С.Трифонов. Наноразмерные кластерные материалы. I. Одиночные кластеры на поверхности графита, // Неорганические материалы 32(10), 1265, (1996).

71. А.С. Трифонов, С.А. Яковенко, В.В. Ханин, С.П. Губин, Г.Б. Хомутов, Е.С. Солдатов, А.Ю. Обыденов. Structural and tunnel characteristics of Langmuir films based on molecular cluster nanostructures, // Abstracts of Int. Symp.

72. Nanostructures: physics and technology", St.Petersburg, Russia, 245, (June 2226, 1998).

73. D. Brage, F. Grepioni, From Molecule to Molecular Aggregation : Clusters and Crystals of Clusters, // Acc. Chem. Res., 27, 51, (1994).

74. D.V. Averin, K.K. Likharev, Single Electronics : A Correlated Transfer of Single Electrons and Cooper Pairs in System of Small Tunnel Junctions.// Mesoscopic Phenomena in Solids, Ed. by B.L. Altshuler, P.A. Lee, R.A. Webb.

75. А.А.Зубилов и др., Письма в ЖТФ, 20(5), 41 (1994).

76. D.Esteve, in: "Single charge tunneling"Ed. by H.Grabert and M.H.Devoret, 109, (Plenum Press, New York, 1992).

77. E.M. Ford, H. Ahmed, Appl. Phys. Lett., 75(3), 421, (1999).

78. А. Модииос, Авто-, термо- и вторично-электронная эмиссионная спектроскопия, // пер. С англ. под ред. Г.Н. Фурсея с доп. Л.И. Басина и др., М. Наука, (1990).

79. F.J. Himpsel, J.A. Knapp, J.A. Van Vechten, D.E. Eastman, Phys. Rev. B, 20, 624,(1979).

80. B.B. Pate, M.N. Hecht, C. Binns, I. Lindau, W.E. Spicer, J.Vac.Sci.Technol., 21, 362,(1982).

81. J. van der Weide, R.J. Nemanich, Appl. Phys. Lett., 62, 1878, (1993).

82. J.van der Weide, Z.Zhang, P.K.Baumann, M.G.Wensell, J.Bernholc, R.J.Nemanich, Phys. Rev. B, 50, 5808, (1994).

83. A.T. Рахимов, В.А. Самородов, E.C. Солдатов, H.B. Суетин, М.А. Тимофеев, А.С. Трифонов, В.В. Ханин, Исследование полевой эмиссии нанокристаллических алмазных пленок методом сканирующей туннельной микроскопии. // Поверхность, 7, 39, (1999).

84. А.Т. Рахимов, В.А. Самородов, Е.С. Солдатов, Н.В. Суетин, М.А. Тимофеев, А.С. Трифонов, В.В. Ханин, Исследование корреляции эмиссионных и структурных характеристик алмазных пленок методом сканирующей туннельной микроскопйи. //Поверхность, 7,43, (1999).

85. А.Т. Rakhimov, N.V. Suetin, E.S. Soldatov, M.A. Timofeyev, A.S. Trifonov, V.V. Khanin, A. Silzars. Scanning tunneling microscope study of diamond films for electron field emission, // J. Vac. Sci. Technol. B, 18 (1), 76, (Jan/Feb 2000).

86. W.N. Wang, N.A. Fox, J.W. Steeds, S.R. Lin, J.E. Butler, J. Appl. Phys., 80(12), 6809,(1996).

87. W. Zhu, G.P. Kochanski, S. Jin, L. Seibles, J. Appl. Phys., 78,2707, (1995).

88. A.A. Talin, L.S. Pan, K.F. McCarty, Т.Е. Felter, H.J. Doerr, R.F. Bunshah, Appl Phys. Lett, 69(25), 3842, (1996).

89. C. Xie, N. Kumar, C.B. Collins, T.J. Lee, H.K. Schmidt, S. Wagal, Techical Digest of the 6th Int. Vacuum Microelectronics Conf., Newport, RI, 160, (July 1215, 1993).

90. V.M. Polushkin, S.N. Polyakov, A.T. Rakhimov, N.V. Suetin, M.A. Timofeyev, V.A. Tugarev, Diamond Relat. Mater. 3, 531, (1994).

91. A.T. Rakhimov, B.V. Seleznev, N.V. Suetin et al., Applications of Diamond Films and Related Material: 3-rd International Conf., Gaithersburg, MD, USA, NISTIR 5692, Supplement to NIST Special Publication 885,11, (1995).

92. B.C. Эдельман. ПТЭ, 5, 25, (1989).

93. A. Weber, U. Hoffman, T. Lohken, C. P. Klages, M. Kuhn, C. Spaeth, and F. Richter, SID Digest, 591, (1997).101 .J. Tersoff, D.R. Hamann, Phys. Rev. Lett. 50, 1998, (1985).

94. E. Stoll, Surf. Sci. 143, L411, (1984).

95. J. Tersoff, Phys. Rev. Lett. 57,440, (1986).104 .http://www. molec. com/products/consumables/A Ujs ubs/anneal. html