Поверхностные свойства ряда металлов и органических пленок типа Ленгмора-Блодлетт применительно к нанотехнологии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

академия наук беларуси институт физики твердого тела и полупроводников

р[ ь од

На правах рукописи

УДК 332.61:532.614+535.ЗТ2

КУХАРЕНКО Людмила Валантиносна

ПОВГРХНССТНЫЕ СВОйСТЕА РЯДА ЧЬТАЛЛСЗ И ОРГАНИЧЕСКИХ ПЛНОК ТИПА ЛЕШУЮРА-БЛОДЯЬТТ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К НАНОТЕХНОЛСГИИ

01.04.07 - физика твердого тела •

автореферат ; диссертация на соиюхние у^^ьой зтепенч кандидата физико-иэтеыати^ески?. ясут:

Минск - 1934

Работе ешго.-люна б лаборатория физики полупроводников Института физики твердого тела к полупроводников Академия наук Еэларуси

Научный руководитель - кандидат фигико-катематическшс наук, старший научный сотрудзик В..К. Со-ючокп

Официальные оппоненты - доктор технических паук, профэссор

В.П. ГОЛЬЦЭЕ

• - кандадат жшичвекшг. паук, стерший научный сотрудаж Э.Т. Крутько

Ведаря оргаызация - Белорусский государственный уыаверситбт информатики и радиоэлектроники

Защита состоятся " <М.Си~- 1954 г. в 1400часав

на заседании специализированного совета Д 006.18.01 по присуждении ученой степени, доктора наук при Институте физики твердого тела и полупроводников / 220072, Минск, ул. П. Еронки, 17/

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШГТП АН5

Авторефорат разослан " » »_ОпрсиА- » 1994 г.

А

Ученый секретарь специализированного Совета А.В. Мэзоеко

кандадат физико-математических наук

3 .

I. Общая характеристика работа

Актуальность диссертационной работы.

IIa современном этапа развитие наука и техни/си з облгзта микра- и наноалэктроники теснойшм образом связано с лсследоЕашя-ми по физика поверхности твердит тел. Наиболее инфарлзтавяшв пгршюграмг, хзрактв^яазрзщиш» йизическсе и хкгсетвскоэ состояние ¿товзрхности тзердах тал, являются работа вгасдс, поЕэрлаостаая энергия, поверхностные силы, а '¿гхча их темсературкие зависимости.

3 литературе приводятся многочисленные чак чкспьргоматакьныэ, тпк и теоретические дантге ш вим парвччтрам и. та тэмзбрат.уртжм зависимостям. Однако анализ а таг данных доказаввэт, чти до настоящего времени сущэстЕует неоднозначность в интэрпретацш» фпзичэокэа механизмов температурных заы1слкосте2 ггсвергзостаой энергаа о(Т), работы выхода и тем 5олео понер-люстзах сип í('x'). В

частности, до алх пор не шяснелы ычхапсгмн "отршгатэлъЕоотк" тем-пературцго: коэффициентов (Ъ(")/йТ целого ряда металлов, недостаточно глубоко изучаш чехяниннк кг. енюютрсшш. Здесь, уместно ещэ и заметить, что практически отсутствует ггойлздсзатзльцгя теория температурных зазисижютей о (Г), Ф(Т) к ?(!'). 4зтсра намногах работ -в осзогнси oipaor/икается -лип. ог,енкся4 садояыих механизмов, шпсит'л кклад и тампературзыв завыамозти с/(I), Ф(Т) и í(T).

Вместе с тем, уточненные сзздэния о alT)r Ф(1) хгрейна яеобходимы дли рацчата сил взахмвдэЯстася У.Т) зо-ада и дадтгки в скана-рущэм туннельной ьшкрсскгаш (ОШ) о нэльл кзтелрегация наЗлвдаемых оспОвншсо.ей. тазучаешх СТЫ-гзоСрзлэниг локальных участков поверхности металлов и тсшпх органических пленок, нанасенякх на них, а также для больа глубокого пгкшыакия а изучения механизмов формирования функциональных наноструктур на безе СТМ.

Цель дассер^ацвонЕоа рж5оты состояла в исолэдовняии поверхяоетвдх своЕсгв ряда металлов, вкго-чагщих ловорпхетнуг энергию, работу вывода, ах гнизозропии и температурим зависимости, расчете сил взаимодействия зонде и еодлсж-ки в ста, моделировЕЕли некоторых фаасчрских. -процессов ь формировании Функциональных наноструктур, я танке в исследовании и' интерпретации СТМ-изибрэхокгй гшрэлзгипеского гра®кхз, серии органических опенок типа Деш-мтрй-Блодзвте, канэзенита. ев атот грабит, до е после термического отнято, приганительчо к нанотвх^ологип функциональных наноструктур.

Выбор платах типа Ленгмюрз-Блоджетт обуславливается их высокой 1873io.noтайностью и воицроиацодияооты) кшносжкп тщиной поряггса 50 - 70 Я. Кроме этого они являятоя хорошими уодальныкг объектами для снятия ОТМ-изсбракьний и формирования функциональных . наноструктур. '

№ достижения этой цели в диссертации решались 8адата.

1. Расчет из пврвлс принципов псвэрхностной енэрпш, работы выхода ряда яростах, Одетородвых и переходных металлов, е также их температурных г; исзюстей, анизотропии, влияния релаксации решот-:м по теории неоднородного злэктронЕого газа Хсенборга-Ланга-Нонг.

2. Расчет сил ввалюдейот-зия дьух пюсконвраллельнш: маталлсв в диодных сисгеках огакрсзазорок. а гаю® игловидного зонда к плоское к^джшш в СТО прт кскешх температурах.

3. Разработка методики проведения експоримэнтальных иаиерэний на СТЫ (СНАЯ-а) с атомным разрешение",.

4. Знсшршю..гельнзе Еослядование СШ-иаоОражанЕй шдшхвк из пиролитотеоюго грь£ита г интерпретация их особенностей одно- в двухьокаанентвых. плени Лвьпетро-Влодтет* до и толе тормотесдого огуига* 1 ■

С. Оорцулщхжка практических рекомендаций на вогмошость формирования фуЕщшанашам наноструктур на пленках типа Ленгыира-. Блодаетт.

Научная яонианя реботы.

- при расчетах поверхностной анергии (Ш) ряда маталлов уста-, шатано, что ее вначешш о ростом температуры скиааэ'-'ся вследствие уиэньшэшя к£П«ой ее составляющей, а именно, влектроствтической внергли, оСмеьнй-коррэляцзотюа шэргии о учетом градаэн'АТШх поправок, яолразхи ва дашретность положительного фона и едаргил Ыаделунгс, га шашквнием кинетической ьнертаг електронного газа.

- оОнаруавш, что с швшанвдм температуры максимум сили взшмодейстняз дазх рзвшпша мэгадлоа или игловидного вонда и плоской ивталлячешсоС годасвш в ОГК сживется в относительно более широкие зазоры.

- проведанные исследования ва ОТМ локальных участков поверхности плевок гииа Лвшчпвра-Влодавтт СЛЕ) выявила впервые, по-вддимсму, новые вакошкюрвзотз:

а. йислойшв пленки ЯЕ, состоящий из аафаДилътшт молекул 5-[ (4-ст-эарш1ам2нзВБНил)мзланил]бензол-1,3- дикарбоновой 1Шслотк (ДК), является кэодаородньмп в пористыми, а углеводородные хвосты щддщельчух жишкул ДК шстраиьагтся в гбксягопасьнуж; упаковку.

б', при исследовании двухмкпоЕектнкх пленок ЛБ обнаружены

гряда однотипных молекул.

в. СТЫ-изобратания гряд м&лэкул ЛВ пленок, а такта модуляцзя . их атомами подложки из графита объясняются участием в формировании

ЭТИХ ИЗОбрЗЛМНИЙ ДВУХ ГРУПП - УПРУГО К НЭУПРУГО ТУННВЛДру» > електрояоз. : •

Практическая ценность работы зашлчеется в зледуща"-

1. Рассчитанные значения поверхг тгной Енергик, работы выхода и их теыюратурннх коэСфишептов" ряда ыэталлов vary? бктъ испагъзоваяи как справочные данам для канотехнологиа.

[ЬуцЯЗЮТЯГКГПГТ ЯЯПОСТр^К'1'Ур.

2. Разработаная на то дика нзхэрений СТЫ-изобрнгангтй о amизин разрешением позволила еыяспзть шхэннзш рядя новых закономэрностай локальной структуры иоолэдуешх ыатяриалега.

3. ОСнаругвяные зекоподаргсоти образования ттераодичгоких структур а вида иэст посадок. дэгколвтутих нтнонэнт в двухкомплнэнтных пленках ЛВ позволял? оф^одшдовать иоде ль для формирования фушщизнальних наноструктур, ннпрпгер, для зжися к, считавши! информации на СЛУ. Эта модель гллэтеэт: по-'-учвгшо мояо-слсев из легко и трудно летучи, еомсснэв?, удзлэтею яегкалэтучих комшнант, в частность. терыичесютм сдал**, и Фсрмаровазие сйгркци-оззльннх сэрисдаиэгткит нчноотрх'кир. \ .

На гаятг наносятся слодгцив сенозиш пояигегош!

1. Физические уменазш ' температурной оаькешооти поверхностной анертш; и каядоЛ во сос?ашшща2 дня рядя металлов, их анизотропии и влияния релаксанта ребятки.

2. Влияние температуры на залу взвииодэйстшя двух метаююс, вшгачепщ'ю ван-дер-ваальсовсяув в злоктростатичаскув сэотавхящив. а такт силу, возникапцуя вслэдсгвзэ переноса зарядов, пр» Шфаго зазора 1,0 - ТСУ 2...

3. Методика проведения нксгоркюнтадьЕых изатадозяниа на 01« о атомным разрешением.

. 4. Ососвееозти ОТИ-ЕЗОбраэвний шфавнтигаского гра£ктп, а такие ряда одео- и двз-д-ошгонаатннх дязтгок типа 1внпара-влодав?т до л, посла термического отвита.

5. Оорас-'яррвна прркгичзеетг рекоютдмткй по созданизз функциональных наносгруктур з . считывание их в 0VM ла двуткоягонентных пленках типа Лнгаара-БподжбП' применительно к НШ01 вхно лггии.

Апробацья работы.

Основные результаты были доложены ез:

- 14-Ой е £6 ГОДНОЙ КОНферЗИЦИИ ПО 4ЯЗЖ6 поверхности и КемЬаЗНЫ!'. явлениям, Мсдэнз, Италия, 1939,

Всесоюзной конференции по формированию металлических конденсатов, Харьков, 7.950,

Епучпо-техякче сх'.о? конфэрзтьш "Перспективные катэрсалы твордотэльной электроники. Тзердотельзне преобразователи в автоматике и рСтгатьхникс", Минск, 1990,

- ЯП Есесопзном совещании "Получение, структура, физические свойства и применение высокочлстых с монокри с ташгече стоо. тугоплавких л тзедалх штадлов", Суздаль. 1250,

- Всего; лом семинаре "Новыэ вакуумные метода получения тонких пленок и покрмтъй", Харьков, 1Э91,

первой Кэаднаро^^ой к"чфе-рещ2и "Нгнотехнологпя, НЕНоэлэктроника криоэлактрошка*, Барнаул, "19Э2,

- ЯП, XXII конференциях по эмиссионной элаитронгосе, Ленинград, 1930, Москва, 199»,

- 1В-ом Иавдунероксок семинаре по фьзетга поверхчезти, Польша, 1992

- II Международной конференции по нано'.ехнолегии. Москва, 1993,

- МеддуЕвродной конференции по 0711, (5ТМ-93), Китай, 1993,

- фгзлчссхих самсярсх лаборатории физики полупроводников ИФГТП.

Ц/бЛЯКЙЦИ.

Огаозные результаты опубликованы в 11 статьях, список которых приведен в ксецэ автореферата.

Структура и оСъен диссертация

дассортацгя состоит,из заедания, пяти глав, выводое и списка литературн. Объем работа состазляет № I стр., включая /У рисунка, ЛО таблиц. Описок литературы содержит ¿¿/"наименований.

II. Краткое содержаний даосертацм. Во введении дается общая характеристика диссертационной работы: обоснована актуальность темы, сформулированы цели работы, ' ньучнал новизна и практическая значимость полученных результатов. Перечислены основные голосекия, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации результатов, основных публикациях, объеме и структуре работы.

В первой гляве дан обзор литература, посвященный методу функционала электронной платности для расчета фундаментальных характеристик поверхности твердых тел таких как поверхностная енергия

о(Т) и работа выхода Ф(Т). Как слэдует из анализа литература, используя формализм теории неоднородного электронного газа, coEsp-хностяуп анергии о можно представпть в вп*с* сукмы состспплащг: Uj в гладили "хеле"; поправки Ворв за зчот диотгоетности полоеглрльпог-э фона, учитываете й электрон-ионные ьгаимодействия, рпсчигшзэжй с привлечением псэвдопэтэнциала ¿шнрофта; a raies добавки ол вследствие исн-ионногс взаимодействия, релаксация рошетки.

Из анализа о(Х) п Ф(Т)сл9дуех. что до- настоящего ррэмэнтт существует неоднозначность в интерпретации физичес?ях механизмов их. температурной зависимости и их коаКицизнтоз *3я (I)/rtT,JO(T)/dl'. Остзвтся дпсхусоиошшми и вопросы об ссяовных нкгадах а них.

Во второй главе дан обзор литературы, ггоевлцевный последним достижвЕияг. и проблемам формирования функциональнъа: наноструктур. Рассматршьются фззические принципы работы СГМ. Описаны теоретические модели, испэльзуеные при интерпретации ЗТЫ-изъбрззений. Проанализировав различие метода, формирования. функциональные наноструктур. Приводите1 результаты исследований топогпвфии поверхности твердых тел на СТЫ. Рассматриваются методы получэ'ля органячьс/оо: пленок типа Лвнгмюра-ВлодЕетг. Показано, что в лптэр.чтурв ираптически отсутствуй; сведения о СТЫ-ьзобрихешшх двухкс-шонентЕих пленок тяга ЛБ.

^ В третьей главе изложены методики и результата расчетов с(Т),

Ф(Т) р."да металлов, а также приведен расчет сил взаимодействуя Р(Т) в диодных системах с иета^ляческигст плоскошгазллел^ныки электродами и сил взаимодействия, везникащих жаду игловидным зондом и плоской шдлогкой при конечных твшерьтурах в ОШ.

функционал поверхностной зшргии otn(r) ,Т] a нелогл-п.яом цриблгж&нип представлялся сумшй его составляющих о[п(г),Т1 o^tn'.rj.T] г o^Inlrj.wiirJ.T] + oI0tni'T),vn(r),T] + ворзСп(г),Т] + omto(r),T3. (I)

В вырзхзниа (I)

оез£п(г),Т] = 4- f ср'г) Г г; ( (г) ,1) - 5((г),Т)3 йг - (й) электростатическая энергия елекгронного газа s модели однородного положительного Фоне, ç(r) - електростатический потенциал, который находится из решения уравнения Пуассона

72ф(г) » - 4 % tn((d.t) - п((г),г)к • (3)

ок[а(г),?п(г)Д] - Jn((r),X) c£ln(.r)fT] dr +

Jni(r),T) o^tn{r),vn(r),T] dr -- (4)

кинотичоская "энергия злэктронного геза с учэток градиентного ргзлотания до второго порядка.

oxc[a(r>,«i(r).?] = X n((r).T) o®ctn(r).T] dr +

X BX0(n((r).T)) |rtKr)|2dr - (5)

оОиеЕНО-корреляпионная энергия электронного газэ с учетом градиентной поправки низшего порядка. где функция Вх. - С(г3)п_4/5 а.е. вычисляется в приближении хаотических фаз. С(га) - медленно измеЕящийся лараметр.

Oapatn(r).T] = J^V^ir) tn(Cr).T) - n((r),T)J dr -(ô) поправка к поверхностной энергии зэ счет дискретности полозотельного где rtV^ir) = <У V*s(r) - q>(r)> - разность

мсьлу потенциалами еоееых плоскостей Vps(r), параллельных поверхности металла, и ф(г) охаородао зар£1£нннм положительным феном. выоажаеыей в первой дриЗяиаенте теории возмуцешй с тоюлъзозоинием теории псевдопо тевдиаяа Ашкрофта.

оЕ[п(г).Т) = ij^xSitD.T) - (7î

энергия Ыадедунга. 7Ш - коэффшг тт. зевпсязий от структуры металла. % - валэ_.ность металла.

• Электронная плотность n(z.î) в одьомернсм случае вблизи поверхности выбиралась в виде асдьрнизЕровянных фуикций

n(z.T) ^ п (1 - - 4- ехр(рг)] 8(-z) + exp(--pz) 0(z}],

. ( 8 )

где п - плотность положительного однородного (она. 6(z) - функция Хевисайда. а^ - ^«гаерагурныа коэфЕишент теплового расширения репеткЕ, Э - вариационный параметр (р - Рщд для монокристаллов ).

Решение уравнений (I) - (7) с учетом вщетвния (8) дает аналитические вырахветя Для каждой состехишшей о.

Для расчета работ выхода <5 использовалось шраюние

ф s Дф - ¡1 = [фи - ф] - ц. (9)

где ¿ф = [<pœ - ф] - электростатический потенциальный барьер, фш -потенциал по норы?ли к поверхности при а = », ¡р = <p(z) - потенциал металла, усреднений по его объему, ¿ï = d(nE)/dn - уср?дненЕый по объему химический потенциал. вирежаемиЗ через плотность анергии электронного газа Е, состоящей кг кинетической Е^, осиленной и корреляционной EQ сэстазляжщих.

Рассчитанные значения о дхя поликристаллов удовлетворительно согласуют:»' с ьхепериментанькыма данными. Абсолютные значения о для ьсех металлов, включая V (г* = 1,62) и Re (г*® = 1,50) положительны.

Таблица 1. Рассчитанные ЬЕления гтозертностнсй эзер: ж о.|1г1 п ее состявлящга низкопндексннх граней проптых мэталлоЕ цри I = О

Ы.)талл Ыс1 ДтЛГ Дп/>. ю2 ео 10- о„1 сг рз „ П _ Д*/кГ Цж/М2 о 1С1 Д*Л'2 .

Сз 100 1,81 -1 ,04 5.53 0,49 3,21 0,94

.110 0,68 -0,47 6,04 0,16 0,58 0,64

111 3,65 -1,57 1,30 4,62 3,32 1,40

НЬ 100 б,1б -2,58 9,64 2,90 4.02 1,47

110 1,53 -1,19 7,03 0,24 0,ГЗ 0,7Ь

111 6,89 -2,73 9,36 9,12 4.1 о 2,11

К 100 4,96 -2,72 1С,47 2,05 4,71 1,50 .

110 -1,36 9Г13 С,2£ 0,86 0,91

111 8,79 -3,59 11,59 1,04. 4,87 2,43

На 100 2^,5?. -11,49 24,31 17,03 . 4,^8

110 8,75 -6,94 19,¡77 1,57 1,66

111 38,34 -13.16 26.31 40.82 9.43 блг

Б таблице I прэдгтаЕлэны результаты расчетов граней з

низкими индексами Киллере (100), (110) и (111) ОЦК структур простых металлов Оз, НЬ, К, На в приближении гелокальной плотности. Результата нитях ратчетсв о^- достаточно хорлао ссг.'ш-суятся о аналогичные свмэсогласс-зьгшдга расчетам: других явгсрэв и несколько лучше описывает анизотропии о^^. Так. для ОЦК-струкгур простых металлов Сз. Н1», К и На наименьшее значешк соответствует грани (110), а наибольшее значэеьэ - (111), что согласуется с правилом Ераве. Анализ прианталиояттой зззлсишсти этих металлов гокезпвьэт, что наибольший зклад а ажго^хэшп. граней (100) и (110 вносит оомзнзо-коррелкциошгея снпргия о1и, г для грани (111) - дополнительно к ней пг-правтю на дискретность положительного фона 0орв.

' При расчете (Т) тэыпературная зависимость п(Сг).Т)

представлялась в виде

п((г)Д) = п(г, Т = О К) - Од((г).Г(. (10)

где Сп((г),Т) - температурозависязая часть электронной плотеости.

Для определения те.шэратурннх когффициантов спЫ£1(Т)/(17 состьвлящиа поверхностной энергии оев(й,Т>. 0^.(5.Т), о10(п,Т), Осрз(п,Г), от(П.Т) дифференцировались по теюера: эе и суммировались.

• 10 lililí iills lililí

=6 lililí lililí- lllil

/ lililí S1III

í5 í »* lililí iiiiiii mim

-i + i 8 o ü-lllil lililí IIII1II

lllllir lililí llillll

• Ü o iiiiiii iiüiii muís

T 0- . lili!? fililí? BIW

•v 1-111113 »lili ¡lililí

mm ??????? i»»»

¿= lllllil lllilll lilllll

I--1 °I89SS8 a§I3§S?j amm'ñ

I I 1 ' 1 I . I

Обнаружено, что составтящиэ асд, охо, 0ора и оп, за исключением кинотической энергии в приближении "желе"' и градиентной поправки к ней с ростом температуры уменьшаются. О ростом температура заметное уменьшается повархасстяап энергия белее р-лхлых граней. Для выяснения вклада каждой соотзвляпцеЗ поверхностной энергии в приведена таблица 2, из которой видно, что

сушэс7вяннсе влияние на Ощ^С!') для Аи(100) и (110) оказывает сумма обу.ешо-коррэляцкшной и кпн&таческой. анергий ов, поправка к энергии на дискретность положительного фона Сорв _ и энергия Маделунгя ат. При этом, если для грана Ди(1Ш) величины аЕ и Зарз примерно разнозначны, то для Ап('Ю) онределяхшзй величиной в

является Са или электрон-ионные ьзапмодэЗстзия. Напротив, для рз

грант ¿и (11*) состяыстщая Сагз су/чественно меньше ац п ср^вшмз с энергией Мадолуягь. Для-есйх "гранеЕ. Аи(100), (110) и (111) слабс изменяется с рсстсм температуры электростатияеская энергия оеа и градиентная поправка к кинетической энергии о^.

Для ОЦК решеток переходных металлов такзю соблюдается правило Браве а,10< °10С< о, 11. Обнаругено, что ^^(Т)/^! меняет знак п становится положительным для наиболее шгатноупаковБЕНой грани (110). В этом случае с^ превосходи с20, что к приводит к голошиельным значениям йо110(Т)/<Ш рассматриваемых граней металлов.

Учет релаясацот решетки ча о^^осуществлялся путем нахоздения МИЕЕМУМЗ = гдо с^сениэ поверхностной

плоскости ленов относительно объемного полотзнпя.

Рыборо^ные результаты сямосогласованшл: расчетов с^^ в ИЛИ и ПНЛП прэдстэвлепы на риг.1. Учет ролаксяцин решоткн, приводит к снижению величины о^(Т.О},^ для ОЦЧ и ГЩС металлов, а влияние температуры усиливает это сажэнкэ с111с1(Т,0}Л1).

При решения задачи о влиянии температуры и релаксации рошотхш на работу выхода Су^ (Т,СЬ>1) учитывалось, что оспонной вклад л нее вносит состаг нпцая Работа еыходэ

представлялась в виде

^».»Ый» *" ЯыаГС.Оыл) + - <М-С«».(13)

где Рпк1 (Т.в^,) - дипольныа мокент, <"ц(Т)> - усредненный лшнчоский потенциал, ^^^(Т.Ощд) - поправка к работе Еыхсда,

уштшзагцал дискретность полозитвльпого фона.

Б таблице 3 приводятся данные п (Ы^/сИ для простых

иютоллов, которые сравниваются с данные работ КИена.

Таблица 3. Рассчитанные значения работы выхода Ф(|1г1 и ее температу рных коэффициентов (И>п5с1/СГ нязкоиндвксных гранеЛ простых металлов

Металл 33 (ба^/ат) 1С4, -((К^/йГ) 104,

насг. раб. Киена эВ/К. наст.тзчб. эВ/К. Кконз

К (100) 2,22 3,05

(НО). 2,34 - 4,15 -

(И1) 2,12 - 1,10 -

11

(100) 2,82 2,77 2,76 10,5

(110) 2,96 2,91 3,67 Е.00

(111) 2,71 2,56 2,11 11,1

нь

(100) 3,11 2,12 £,70

(110) 3,21 3,18 3,14 3,10

М11) 2.94 2.95 1.81 7.10

Сила взаимодействия между металлами Л, и Л^ б вакуу-ю представлялась в влдэ ^ _ ^

?=Р4+Рк+?(1, _ (13)

где и ?к - дисперсионная и кулоновская сшы, Р0 - сила, возникавшая вследствие переноса саряда с 1Ц на К,.

Зная повзрлюстнув анергии в виде о12 + + как

функции температуры Т и расстояния 1 мезду поверхнэстлми двух твердых тел, можно определить силу взаимодействия 7'1 Д')

?(1,Т) - [ой(1,Т) + ак(1,Т) т о^а.Т)]. (14)

Результата расчетов Р(1.1) свидетельствует о том, что гозышэнае температуры металла Н1 при фиксированном ее значении для металла к^ гривадит к у величанию 1, к к смещения ее максимума в относительно более широкие зазоры. При расчете сил взаимодействия в модели игла - полжжка неаддитивность этого взаимодействия учитывалась подгоночным параметром ш Панову.

В * *твертой главе представлены общие сведет~тя э<3 СТЫ ¿СЯСАН—8) с разрешением по вертикали ~ 0,1 2, а по гор.-члнтали " 2 £. Приведи на оценз:а погрешностей измераьлй СТЦ-изацр&хеяиГ, а такге из^сжонс методика подготовки рабочих поверхностей исследуемых материалов.

- Б пятой главе кзложэны результаты экспериментальных исследований на СТЫ локальных участков поверхгосги высокоориентирозанного гиролитичезкого графств и тонких сргагичес-

кнх одно- и двухкгашононтннх плонок типа Лзнгмгра-Бдодгетт не нем.

Обнаружен ряд особенностей локальной структуры пиролитическо-го графита в ердэ а темных с тупа пак, ессиматрии в впсстах изображения двойных максимумов и ш. высокой амплитуды гоЗркровки, а такта наблюдение при одном окне сканирования Еа СТЫ квк гтрх-Егена^гыюй, так и "узловой" структуры (рис. 2).

Аномально высокая амплитуда атомной гофрировки на поверхности графита, по-кидпмому, связана с увеличение* туннельного тока за счет резоясЕсного туш еларовзняя через локализованные плвэрхностнне состояния, обусловленные различиями прпкзелми, дефэ- . ктаки или не наличием вдсорЗатв. Необходимо текжр учитывать здчеь и силовое взЕЕлодейстЕие мевду рглой и подло£.-:ой, зосток^ее из Блрктростатяческого, Еан-дер-згавльсозского и вззимодэйстеия, вследствие переноса заряда, которое в овов очередь приводит к образовано: коллективна! локализованных электронных соотояечй в энергетическом спектре и дает Еклад в туннельный ток.

ПгрЕая сэрия исследуе1.их образцов представляла собой однокомпозентные У-типа плэнки ам^зЗлльнпх молекул 5-Г (4-стеврдлпотгнофзнш1)мздонид]бензая-1,3-ддкарйоновой кислоты (ДК), нанесенных методом Ленпазра-Влодсетт 'ЛБ) па грайит. На подученных СТН-изоЗраяаниях (рис.3) четко обнаруживаются углеводородные хвосты молекул ДК,. расположенные друг от друга на расстоянии примерно в 5,3 3. Вследствие того, что пленка ДК являются пористыми, на этом га рисунке отчетливо вздев цэгочкэ пор дкгслетром "4-2, мептоположогае которых периодически ж структурно связано с углеводородными хвоотвмп.

Вторая сергя обрьзцоз состояла из двухкомпонвятнях У-тит ЛБ пленок, ЕЕЛючапцЕХ рззличше молекул! : 5-1 (4-стеариляминсфгнил) малонкл]бензол--1,3- дшсарЛновзя кислота (ДК) и 1-(3-*ртпл)-<4,4-дидодоцилтиооутадиеЕил) -4-(3,2-дицигноэтенил)-бензола (ТЕЦ2).

Еа рис. 4 Ергведьш СТУ-изиСрюэЕде локального участка поверхности двухиомшнентш. ЛБ пленки. Наблюдается как грядообразпый характер расположения молекул, так и элемента гексагональной упяконма молекул ДК. по-еидимозцг, в грядах располагаются молекулы одной природц. Гасстянив грядаки составляет величину 8-10

2, а между углеводородными хвостау* в гряде, состоьа^ из молекул ТБ1Е, порядка 4,7 - 5 2. Б длнчом 1иучае, вероятно, что

гряды с более высокой амплитудой гофрирэзки сс^тзем-увуют двойчкм углеводородным хвостам молекул ГйГР, в с жгжзй амплитудой -углезодородзым хзостсм ¿¿фатальных малеггул

Третья серия образцов представляла гобой твкхв двухкоюонент-

шэ Y-Tum JE пленки, состоящие из молекул да и це?ш1я;йша (С1 ¿В^т^ ). Здесь ставилась цель исследовать трансформации структуры гренки ЛБ под зоздействлем температуры. Относительно тугоплавкие пмфиф/лъныо молекулы да использовались в качестве матрицы при внедрении р монослой: более легко удаляемых молекул цетилвмиаа. '

На рис- 5 дано С-ТМ-изобрааиние локального участка пленки ЛВ, состоящей из молекул да и. цэтиламина. Следует отметить, что локальный участок поверхности пленки представляет собой периодическую структуру из плотноупакованных углеводородных хвостов ДК и цегапаыина, расстояние между которыми порядка 5 2.

Б результате "скелетизвции" при прогреве (Т 373 К) пленик в вакууме не хуке Topp обигругено образование периодически рас-тгалохеппых пор чолекулярцых размеров с диаметром ~ 4 что практически соответствует диаметру поперечного сечения углеводородного хвоптэ цэ-шламша (рис. 6). Обпаругеннае закономерности образования периодических свдктур в виде пор или мест посадок лэгколетучт кошонэнт в пленках Л5 позволили сформулировать модель для формирования функциональных наноструктур, например для записи и считывания информации на ИМ.

В раде СТЧ-ьзображышй поверхности дленок ЛБ (рис. 7) проявляется мелкомаагтсблая структура, соответствующая повархностеий решетке графит я. В формировании таких СШ-изображекШ предполагается участие двух груш туннелирущих электронов. О,врой группой является неуируго туняелирулщив электроны с поверхностных поптояпий трпфита, ь £торэй - упрого туннелирущие электроны с занятых поверхностных состояний углеводородаых хвостов на свободные поверхностные состояния зондирующего острия CIM. Здесь уместно заметить, что сами углеводородные хвосты имеют высокую плотность поверхностных состояний в энергетическом спектре, что способствует неупругому туннелировапио электронов с поверхности псдлокки. ^роме этого, присутствие цепочек сопрязенных или, что равнозначно, чередующихся двойных и одиночных связей рассматриваемых молекул, тавтсе стимулу ует перенос электронов через пленку на зокдируп^ае острие СТМ. В ^армировании СТМ-изобракекий пленск ЛБ. (рис. 7; не исключается и механизм резонансного туннелирсванил через молекулярные и другие уровни плепки.

Следует отметить,- что локализованные г-стояния, лежащие ниже уровня Ферми образуются,, например, вследствие наличия примесей ата неоднородаосчей, адсорбированных молекул воздуха ели даае в результате хемосорбциа кислорода, с формированием окисного слоя на

зондифущем острив. Уровни коллекткзизируванвпго состояния получаются в результате заметной ги^ргдазации электронных состояний зондирупцего острил и пленки.

В этом механизме туЕнэпкрулцио электроны s уровня <5ер?м на: поверстоотных состояний пиролитичесхого графите неуцруго перетгдят на прсмржуточные состояния в виде системы резонансшх уровней кля уровнеЕ коллективных связанных состояний и далее уьруго переходят либо на свободные поверхностные состояния, .либо на локализованные состоянии зондаруп^ех'о острия. Трех- к четырехуровневый переход тунЕелируициз. электронов в рассматриваемой системе, по-видимому, не только описывает сложную картину формирования СГМ-ж? с Рр aso ни я локальной структуры планах Ленгмвра-Бшдам, но и частзгсно объя.с-няы обнаруженную в МГУ проводимость этих планок, индуцированнуы острием GTM.

III. Основное результата и вывода

1. Рассчитанные самосогласованным образом значения поверхностной энергии для рядз мэталяов и кавдой ее соитанлящэЕ в езде электростатической, кинетической и обменно-корреляционной энергий с учетом градиентных поправок, дискретности положительного фона к. энергии Маделунга свидетельствуют о том, что с ростом температуры ати значения уменьшаются, за исключенном кинетической энергии электронного газа.

2. Установлено, что сущес^вэннээ влияние не анизотропии поверхностной гнэргии о^ [ (100), (110), (111)] ряда металлов г, ее температурную зависимость оказывает сумка кинетической о^ и обменно-корреляционной энергии о в виде о'п= як+ ах0, дискретность полохятелького фон? trap(. и энерпгя Маделунга аш. Цри этом, для ГЦК-металлов, если для грата (100) величины oß. и Оо примерно равнозначна, то для (ПО) опрэделяощей величиной в япляется öo„, тогда как для грани (III) вклад состяаляпцей Со „< с. и

рв р В 3

сравним с ош.

3. СЮнарукено, что с повышением температуры максимум силы взаимодействия, вклгчапдей ван-двр-ваальзовсхуа и электростатическую с.оставляшдие, а также силу, ЕОЗНйкащуи вследствие переноса зарядов, мевду двумя металлами или игловидным зондом и металлической подложкой, смещается в относительно более широкие зазоры.

4. Отработананая методика прозадааил исследований по снятию СТЫ-изображений с атомным разрешением позволила • эбяаружить ряд особенностей локальной структуры пиролитического графита в виде атсмньи ступенек, ассиметряи в высотах изображения двойных максимумов и их высокой гофрировки, а тагаге наблюдение при одном окне

сканирования как гвксагшадьшВ, так в узловой структура.

6. Нроьеденныа исследовагия на СТМ одно- и двухкомпонеитных плзнок ЛЯ до и после термического отжиге выявили ряд новых закономерностей:

а. ВшзлсйЕые Едонкп, ооотоящго из мш.энул да иаляхтся неоднородными и псрлспии. Углеводородные хвооты амвиОиьшх молекул ДК выстраиваются в гексагональную уиакидку.

б. На двуххомиенвитЕНГ JSE пленках оОняружеян гряда однотипных мслакул.

в. В результате торчитеcrsoro отжига даухксмпонентных Л5 слепок впервые ссаарухены квоте посадок молекул цетшшыина в виде пор о диаметром в несколько ангетрэм.

6. Обмружзнная модуляция гряд милепул ЛВ шензк атсками трафите подложки объясняется. участкам в формировании этих GTM-изображепиа дау: груш тугалфусдех электронов. Одной группой явл5штся нэупруго тунаелирупр» ммнрапн з занятых поверхностных состояний rpajmra, второй - упруго , тупеелирушда елэктроны с занятых поверхностных состояний углеводородных хвостов нв свободные поЕврхноотнне оостэннш. лондаруьч&го оотрия OTJÍ.

Т. Оформупровала модель па двухкампснэзтных пленках ЛБ для фориировбнал шраодическях фуащксналь-шх наноструктур г целью вашей а считывания гефоркацьи аа СШ, которая вашяает: получение мснослоев из легко к труднолетучиг компонент и удаление логколзтучих компонент термическим отжигом.

Основные результаты спублгоовяш в сиадащих стациях

1. SolanaYicb V.K., KuXharenko L.V., Ftnoccl F., Berten! 0.íí., 0sBtclnl S. Tezperr.ture effeota on tue eurlace properties of raeiala// Tuoto. Sol. e tocto. - 1990. -V. 20. -H 1. - P. 85 - ST.

2. Кухеренко Л.В. К расчету температурной зависимости поверхностной . анергии ряда металлов праближании нелокальной и локальной пдогассти // Tea. дскл. ХП Всесоюзной конференции ш эмиссионной электронике / Ленинград. - 1990. - Т. I. - 0. ISO.

3. Оолонович В.Е., Кугарэнкс Л.В., Ыякутиъа Л.Н. влияние температур: за соаерхвротяуа энергию кьталличэсюк ко.,деноасов // ВДНГ. Ядерпо-химичвокиа исследования (Теория и экеггервдмнг). -1990. - Вт. 8(10). - 0. 89 - 92.

4. Солононич В.Н., Кухарэнко Л.В. Моделирование термического нанесения металлических конденсатов в сшпж..jpaBHoaGсных условиях // ВАНТ. Сер. Ядервон&яоческие; жооладования (Теория к эксперимент). - 1990. - Вып. 2(Ю). - 0. 47 - 49.

5. Оолоновпч B.K., Мягков К.Г., Кухаренно Л.В.,Узкутива Л.Н., Якусгин Ы.И. Лнизотрашя я температурная вавигиуооть поверхностной энэргш юезкоивдэксящ: граней простых и благороднчх юэталлов // Внсокочистыо ьетцества. - ХЭЭ1. -14.- О. 75 -'32.

6. Кухаренко Л.В., Ыягков К.Т., Солоноалч В.К., Якутия Ы.И. Температурные Бффвкги за поверхности тверда тел, // Зарубетвея электроника. - 1992. - Т 12. - 0. 151 - 150.

7. SolonoYlch 7.Х., Korbat H.A., Hiftharenka L.V., Kataitlna I.П., Cn anlso'i-opy and temperature coefficient ci surface energy of ]o*r-liiilex natal faces ft Abstracts cf the International seminar on Surfacu Hhjsica Kudo та, Poland. October 5-10. -1992. -РЛ1.

8. Солошшгч B.K., Нухареняя Л.В., Югат B.K. К вопросу о - поядеиотгршх силах в тэргаполезой • ненотохнологни // ВАН?. Оер.

Ядерно-физпчеокие исследования (Теория я эксперимент). - 1952. -, Вьш. 1(22). - С. 58 - 60.

9. Оолонович В.К., Кухеренко Л.В., Корбут H.A. Расчет пондерсмоторпых сил в устройствах о микрозазороы для термополевой Еннотахнологиа // Тез. докл. Первой международной конференции "Нанотазшлопта, наноэлэктрошзка и. криоэлектронина "ННН-Э2". -Барнаул. - 1992. - С. 98 - 100.

10. SolonoTich. V.K., Sobol V.R. ДиМшгепЗш b.V.,Hazurenlra • O.N., Zhavnerte G.K., AgabetoT 7.E. The peculiarities of structure of graphite and Xangnuir-Blodgett type film3 wi ch SIM // Abstracts of the International Conference on Scarmirg.Tjmellng Jticroscopy, August 9 - 13. Beijing, China. - 1593. - P.-D. Session. - P. 3.

11. SoloEQvich V.K., Kükharenlco I.V., Korbut H.A., Grlgorie? K.P., fialoitina L.K. On pondoronutive forces (FF) in thermal field STM baaed nanoteclmology // Kater, o£ the Second International Conference on Nanometer Scale Science and Technology. Нсзсои. -1994. - P. 661 - 669.

12. 3olono7ich 7.K», КиМш-ейо 1.7., Korbut N.A. On possibility ol loraatic- ol extremely pura cnl ultrathin metallic fllns by a tliermofield nancteolmology nsthod // Mater, of Second International Conference on Hancaater Scale Science tnd ^technology. Нозсш. - 1994. - P. 267 - 274.

13. Voitovich. A.P., Kalinor 7.3., Solonorlch. 7.K., KuKharenloo I.V. Problems and prospects of thereofield nanotechnclogy for functional nanoatructurea Xoraaticn // ilater. of the Second International Conference on Hsnoshter Scale Science and Technology, Новссет. -1994. - P. 650 - 654.

14. Solonovich V.X., Kuifcsrenlco I.v., Sobal V.H, Kasurento O.N., Zhavnerko G.K.. AgsbeKjov V.E. Some local structure regularities cl tIcomponent Ifingnulr-BioS^ett monolayers obtained on an STM // Mater, ol the Second Tnter-national Conference on Nanometer Scale Science and Technology, Moscow. - 1994. - P. 288 -295.

. 15.Niculin V.V., UikasMX M.K., Lomcvoy V.7., SolonoTlch Y.K., KukhErenko 1.7.. Soboi V.R, liazurecko O.N. STM and XPS examination ci diamond-like carbon films // Hater, of the Second International Conference on Nanometer. Scale Science and Technology, Koscow. - 199<. - P. 284 - 237.

G, Дяс/'м1

Рис.1. Значения поверхностной энергии о^ в зависимости от радиуса Вигнера-Зейтца гв грани (111) ряда ОЦК- и ГЦК-металлов: I -ПЖ1; 2 - ГШЛП; 3 - ПЛП с учетом релаксации решетки; 4 - ПНЛП с учетом релаксации решетки.

Рис.2. СТМ-изображение локального участка поверхности тированного пиролитического графита^ полученное постоянного тока при 14= 6,0 нА, = 0,010 В.

Рис.3. СТМ-изобракение поверхности ЛБ пленки, состоящей из амфифи-льных молекул ДК, полученное в режиме Z(x.y) при 1,.= 1,0 нА, 11,.= -0,100 В.

высокоориеи-в режиме

z\

о

Рис.4. СТМ-изобрэжение поверхности двухкомпонентной ЛБ пленки, состоящей из молекул ДК и ТБЦЭ при их соотношении концентраций 1,05 : I соответственно, полученное в режиме Z(x,y) при It= 0,9 НА, Ut= -0,800 В.

Рис.5. СТМ-изображение поверхности двухкомпонентной ЛБ пленки, состоящей из молекул ДК и цетиламина при их соотношении концентраций I : 1,06 соответственно, полученное в режиме г(х,у) при 1,.= 1,5 НА, и,= -0,030 В.

Рис.6. СТМ-изоОражение поверхности двухкомпонентной ЛБ пленки, состоящей из молекул ДК и цетиламина при их соотношении концентраций I : 1,06 соответственно после термической обработки, полученное в резюме Z{J.ty) при 1,5 нА, Ut= -0,030 В.

Рис.7. СТМ-изобрахение поверхности двухкомпонентной ЛБ пленки, состоящей из молекул ДК и цетиламина при их соотношении концентраций I : 1,06 соответственно, после термической обработки полученное в режиме г(х,у) при 1,3 нА, и*= -0,030 В.