Von Punktkontakten zu Nano-Elektro-Mechanischen Systemen (NEMS) : Herstellung und Charakterisierung von Ein-Atom-Kontakten

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From point contacts to Nano-Electro-Mechanical Systems (NEMS): Realization and characterization of single atom contacts
Forschungsvorhaben
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Zeitschriftenheft
Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

The study of adjustable atomic contacts is made possible by the use of break-junctions. A break-junction is constituted of a metallic conductor, aluminum or gold for example, which has been deposited on a substrate. This conductor locally possesses an underetched constriction forming a suspended bridge. When bending the substrate this constriction can be stretched in a controlled way. By this means, the stretching of the conductor can be adjusted in such a way, that a contact made of single atoms is stabilized.
This research work is subdivided into two parts. On the one hand, single aluminum break-junctions made on bronze substrates were studied at very low temperatures. Using the phenomenon of multiple Andreev reflections we conclude that aluminum, in contrast to gold, does not form monoatomic chains longer than a dimer. A single electron transistor (SET) structure was also characterized at very low temperatures. On the other hand, a system composed of one or two break-junctions on a monocrystalline silicon membrane was developed and characterized at room temperature.
This system forms a nano-electro-mechanical-system, named NEMS, integrable in silicon technology. Membranes of a thickness of just 340 nm, were fabricated out of SOI substrates. The mechanical static and dynamic properties of these membranes were studied. Several stable mechanics based on the use of a tip mounted on a piezo were developed. These allow us to address each break-junction on a common membrane individually, both at room temperature and at very low temperature. The effect of laser light on the conductance of a break-junction, which leads to a conductance increase, was studied. The influence of the substrate can be excluded through the use of silicon membranes. The conductance variation is associated with the phenomenon of photoassisted transport. In this work break-junctions initially designed for fundamental physics were integrated on silicon membranes allowing them to be used as electromagnetic sensors.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Einstellbare Ein-Atom-Kontakte können mit Hilfe von Bruch-Kontakten hergestellt werden. Bruch-Kontakte bestehen aus einer metallischen Leiterbahn, welche auf ein Substrat gedampft wird. Diese Leiterbahn besitzt lokal eine unterätzte Verengung, welche eine freitragende Brücke bildet. Durch Biegen des Substrats, kann der unterätzte Teil der Leiterbahn so gedehnt werden, daß ein aus einzelnen Atomen bestehender Kontakt, eingestellt werden kann.
Die hier präsentierte Forschungsarbeit ist in zwei Teile gegliedert. In einem ersten Abschnitt wurden einfache Bruch-Kontakte auf Bronze Substraten bei sehr tiefen Temperaturen untersucht. Durch die Messung multipler Andreev-Reflexionen kommen wir zu dem Schluss, daß Aluminium-Kontakte, im Gegensatz zu Gold-Kontakten, keine längeren Ketten als Dimere bilden. Weiter wurde eine Ein-Elektron-Transistor (SET) Struktur bei sehr tiefen Temperaturen untersucht.
Im zweiten Abschnitt der Arbeit wurden Strukturen untersucht, welche aus einem oder zwei Bruch-Kontakten auf Siliziummembranen bestehen. Diese Strukturen bilden Nano-Elektro-Mechanische Systeme oder NEMS genannt, welche mittels integrierbarer Technologie hergestellt werden. Monokristalline Siliziummembranen, mit einer Dicke von nur 340 nm, wurden mittels SOI-Substraten hergestellt. Die mechanischen statischen und dynamischen Eigenschaften dieser Membranen wurden untersucht. Zum Antrieb der Bruch-Kontakte wurden verschiedene auf Piezos basierende Mechaniken entwickelt. Diese ermöglichen Messungen sowohl bei Raumtemperatur als auch bei sehr tiefen Temperaturen, wobei jeder Bruch-Kontakt auf ein und derselben Membran individuell angesteuert werden kann. Der Einfluss von Laserlicht auf die Leitfähigkeit von Bruch-Kontakten wird studiert, wobei die Bestrahlung zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit führt. Ein Einfluss des Substrats kann durch die Verwendung von dünnen Siliziummembranen ausgeschlossen werden und ein Teil der gemessenen Leitwerterhöhung wird dem Effekt der Photonen unterstützten Transmission zugeschrieben.
In dieser Arbeit wird die Technik der Bruch-Kontakte, welche ursprünglich für die Grundlagenforschung eingesetzt wurde, auf Silizium Membranen übertragen, wodurch eine Verwendung als elektromechanische Sensoren ermöglicht wird.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik
Schlagwörter
Andreev Reflektion, Punkt Kontakt, monoatomare Kette, Bruchkontakt, photoelektrischer Effekt, andreev reflection, point contact, monoatomic chain, break junction, photoelectric effect
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690SCHECKER, Olivier, 2008. Von Punktkontakten zu Nano-Elektro-Mechanischen Systemen (NEMS) : Herstellung und Charakterisierung von Ein-Atom-Kontakten [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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November 21, 2008
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