Ge(001) surface: clean, hydrogenated and Au-adsorbed investigated using scanning tunneling microscopy

In this thesis the surfaces of clean Ge(001), hydrogenated Ge(001) and Au-adsorbed Ge(001) has been studied using scanning tunneling microscopy. The analysis are motivated by the prediction that silicon electronics miniaturization will reach the quantum barrier around the year 2020. Scientists persist in efforts to develop new methods of production of electronic devices that circumvent this barrier. One of the most promising projects is AtMol. Its goal is to establish a comprehensive process flow for fabricating a molecular chip. The substract for a molecule growth will be a Ge(001) surface which is studied deeper in this thesis. The measurements were made using LT-STM microscope in ultra-high vacuum and temperatures of liquid helium (4.2 K) and liquid nitrogen (77.35 K). The dimerization of the surface atoms and the asymmetric dimer reconstruction of p(2x2) and c(4x2) were observed and investigated. The second part of this thesis is dedicated to the analysis of hydrogenated and Au-induced Ge(001) surfaces. They have a potential to be used as the electrodes and wires in a single molecule logic gate technology. The symmetric p(2x1) reconstruction was observed on H:Ge(001) and the Au nanowires were observed on Au/Ge(001).

Celem niniejszej pracy było zbadanie przy pomocy mikroskopu STM czystej powierzchni Ge(001), uwodornionej powierzchni Ge(001) oraz tejże powierzchni z naniesionymi molekułami złota.W obliczu zbliżającego się kresu możliwości elektroniki tranzystorowej opartej na krzemie, poszukuje się nowych rozwiązań w produkcji bramek logicznych. Jednym z najbardziej obiecujących projektów jest projekt AtMol, którego celem jest opracowanie przemysłowej technologii wytwarzania układów scalonych, w których rolę bramek logicznych pełnią pojedyncze molekuły. Podłożem na które będą one nanoszone ma być powierzchnia germanu Ge(001). W niniejszej pracy zbadano jej strukturę: krawędzie, tarasy oraz proces dimeryzacji. Opisano mechanizmy powstania zaobserwowanych asymetrycznych rekonstrukcji powierzchniowych p(2x2) oraz c(4x2). Przeprowadzono także pomiary spasywowanej wodorem powierzchni Ge(001) oraz Ge(001) z naniesionymi 6 monowarstwami złota. Zbadano powstające dla nich rekonstrukcje powierzchni. Badania te są szczególnie ważne z punktu widzenia własności przewodnictwa złotych nanodrutów oraz ścieżek zdesorbowanego wodoru. Rozważa się użycie ich jako elektrod i przewodów podłączonych do monomolekularnych bramek logicznych. Pomiary topografii przeprowadzono przy pomocy mikroskopu LT-STM, w warunkach ultrawysokiej próżni i temperaturze ciekłego helu (4.2 K) lub ciekłego azotu (77.35 K).