ІІІ КОНТАКТНІ ЯВИЩА

 

Нанометрові контакти метал-метал

 

 

                       

 

Літографія за допомогою атомного силового мікроскопу

 

 

 

 

Хімічні реакції за допомогою атомного силового мікроскопу

 

 

 

Успіхи сучасної мікро- і наноелектроніки, а також функціональної електроніки базуються на фундаментальних дослідженнях фізики поверхні твердого тіла. Різноманітні електронні, атомні і молекулярні процеси, що відбуваються на поверхні твердих тіл, гостро цікавлять спеціалістів в області конструкційних матеріалів, технологів, оптиків, магнітологів, радіофізиків, що мають справу з плівками і шаровими структурами, що мають розвинуті межі поділу фаз.

Настільки ж значимі проблеми поверхні і для хімії, біології, медицини. Поверхневі процеси грають основну роль у явищах адсорбції, електродних процесах, складних міжфазових процесах клітин, пористих органічних і неорганічних речовинах. Такі найважливіші сучасні технологічні процеси, як молекулярна епітаксія, іонне легування, стимульована дифузія, тісно пов’язані з явищами на поверхні твердого тіла.

Молекули, що знаходяться у внутрішніх шарах речовини, відчувають у середньому однаковий в усіх напрямках вплив з боку навколишніх молекул, молекули ж приповерхневого шару піддаються неоднаковому впливу з боку внутрішніх шарів речовини і з боку, що граничить із поверхневим шаром середовища. Так, на поверхні поділу рідина-повітря молекули рідини, що знаходяться в поверхневому шарі, відчувають більший вплив з боку сусідніх молекул внутрішніх шарів рідини, ніж із боку молекул газу. Тому властивості поверхневих шарів речовини завжди дещо відрізняються від властивостей об’єму. Поверхневі властивості впливають і на інші характеристики речовини. Для речовин, поверхня яких порівняно невелика, ці впливи виявляються слабо. Але в міру збільшення поверхні, що відбувається внаслідок підвищення ступеня дисперсності (ступеня роздробленості) речовини, або збільшення його пористості, вплив поверхневих властивостей починає виявлятися усе сильніше і стає значним для речовин, що мають сильно розвинуту поверхню.

Дослідження ультрадисперсного стану речовини, його властивостей, пов’язано з найважливішими практичними застосуваннями у різноманітних областях науки, таких, як хімія каталізу, матеріалознавство, фізична електроніка, мікроелектроніка, оптика, магнетизм і ін. Не дивно, що окремі аспекти фізики малих часток (багатоатомних комплексів або агрегатів) розглядалися і продовжують обговорюватися на різноманітних конференціях.

Одним із широких полігонів області є дослідження роботи виходу метала, так як цей параметр має велике практичне значення.

§1. Робота виходу. Контакт метал – вакуум

Роботою виходу W називають роботу, яку потрібно затратити для видалення електрона, який має енергію Фермі, з кристала у вакуум (рис. 1).

W = –Ueff  – Ef,

де  (–Ueff ) -глибина потенціальної ями, Ef – енергія Фермі. W= – μ де μ – хімічний потенціал електронів μ<0.

 

Рис. 1. Енергетична діаграма

 

При контакті двох напівскінченних металів електрони перетікають з металу у якого робота виходу електрона менше у той, у якого робота виходу електрона більше. Таким чином на границі розділу  виникає поверхневий заряджений шар: перший метал заряджається позитивно, а другий-негативно. Електрони перетікають до тих пір поки роботи виходу не зрівняються.

 

§2. Одноелектронні прилади

 

 

Рис. 2. Енергетична схема одноелектронного транзистора

 

 

Рис. 3. Перша реалізація одноелектронного транзистора

(Ліхарев та ін., МГУ, Москва, 1988р.)