Hochbewegliche zweidimensionale Lochsysteme in GaAs/AlGaAs
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44 Kapitel 3. Experimentelle Methoden und Aufbauten Schattenmaske der Aufdampfanlage benutzt werden kann. Die Maßhaltigkeit wird mit einem Metallmaßstab während des Spaltens der Proben überprüft. Schiffchen Elektroden Kuppel O-Ring Probe Schatten- maske Glasplättchen Shutter + - Al Kammer TP VP K V4 V3 V1 V2 K Kammer TP Turbopumpe VP Vorvakuumpumpe V1 Ventil TP -> VP V2 Ventil K -> VP V3 Ventil K -> TP V4 Belüftungsventil K Abbildung 3.4: Schematische Darstellung der Bedampfungsanlage. Links: Aufbau des Pumpsystems: Rechts: Aufbau der Beschichtungskammer (aus [19]). Schottky-Gates Für die Bedampfung der Probenstücke mit Aluminium als Schottky- Gate steht eine wie in Abbildung 3.4 skizzierte Bedampfungsanlage zur Verfügung. Die Beschich- tungskammer ist über eine abnehmbare Glaskuppel zugänglich. Das zu verdampfen- de Material befindet sich in einem Molybdän-Schiffchen, das zur elektrischen Tren- nung von Schiffchen und Aufdampfmaterial mit AlO 2 beschichtet ist. Das Schiffchen ist über Vakuumdurchführungen und Kupferdrähte mit einem Transformator ver- bunden, der die Leistung zum resistiven Heizen des Schiffchens zur Verfügung stellt. Die Probe befindet sich etwa 10 cm über dem Schiffchen in einer Schattenmaske aus Edelstahl. Die Maske stellt eine Probenaufnahme von 5 × 5 mm zur Verfügung und eine Öffnung von 3 × 3 mm welche die Geometrie des Schottky- Gates vorgibt. Probe und Verdampfungsgut sind durch eine schwenkbare Blende (Shutter) von- einander getrennt. Zur Kontrolle der Dicke der aufgedampften Aluminiumschicht wird seitlich der Probe ein Objektträger aus Glas mit in die Halterung gelegt. Zu- sätzlich befindet sich noch ein Thermoelement in der Beschichtungskammer, mit dem die ungefähre Temperatur des Probenstückchens kontrolliert werden kann. Es ist zu beachten, dass auf Grund des konstruktiv bedingten, schlechten thermischen Kontakts zwischen Probe und Thermoelement hier keine absoluten Werte abgelesen 3.2. Prozessierung 45 werden können, wohl aber der Vergleich der relativen Temperaturwerte über viele Bedampfungsprozesse Aussagen über die Reproduzierbarkeit des Prozesses zulässt. Zur Vakuumerzeugung dient eine Turbomolekularpumpe mit einer vorgeschalteten Membranpumpe. Durch eine Trennung der einzelnen Komponenten durch Hoch- vakuumventile (Abbildung 3.4 links) muss die Turbomolekularpumpe zur Öffnung der Glaskuppel nicht belüftet werden. Dies beschleunigt den Austausch von Proben erheblich. Zur Herstellung von leitfähigen Schottky- Gates erwies sich ein Druck kleiner 10 −5 Torr als hinreichend. Um eine saubere Probenoberfläche zu gewährleis- ten, werden die Probenstücke vor dem Bedampfen in Aceton bei 60 ◦ C gekocht und mit Isopropanol gespült. Ein Ätzschritt der Proben in Salzsäure für 20 Sekunden hatte keine messbaren Verbesserung der Qualität der Schottky- Gates zur Folge. Strukturierung der Messgeometrie Alle für diese Arbeit hergestellten Proben wurden in der van- der- Pauw- Geome- trie [77] bei 4.2 K und 1.2 K grundcharakterisiert. Hierfür wurde, wie in Abbildung Abbildung 3.5: Probe kontaktiert in van- der- Pauw- Geometrie mit Golddrähten in 8 Pin Dil- Sockel (links). Skizze von Hallbar- (Mitte) und L- förmige Hallbar- (rechts) Geometrie. Die weißen Flächen stellen die Leiterbahnen dar, der quadratische Schatten im Zentrum die Form des Gate- Kontaktes. Alle Kontaktfelder münden am Probenrand. Die zusätzlichen Ritze in der Mitte der Kontaktfelder dienen der Vermeidung von Corbino- Kontakten (siehe Kapitel 3.4). 3.5 (links) zu sehen, an den vier Ecken der quadratischen Probenstücke je ein Löt- kontakt aufgebracht und verdrahtet. Die Kontakte in den Mitten der Probankanten sind redundant und können im Fall eines defekten Eckkontaktes verwendet wer- den. Geeignete Proben für weiterführende Messungen wurden in Hallbar- oder in L- förmiger Hallbar- Geometrie (siehe Abbildung 3.5 Mitte und rechts) strukturiert. Hallbars bieten den Vorteil einer definierten Transportrichtung, L- förmige Hall- bars sogar die Option, Transport in zueinander orthogonalen Transportrichtungen zu untersuchen. Üblicherweise werden derartige Strukturen auf einer Längenskala von wenigen µm mit Hilfe von Photolithographie und nasschemischen Ätzprozessen in einer Reinraumumgebung strukturiert. Um ohmsche Kontakte (siehe unten) mit 46 Kapitel 3. Experimentelle Methoden und Aufbauten dem Lötkolben herstellen zu können müssen die Kontaktflächen eine minimale Größe von 0.3 x 0.3 mm haben. Für lithographische Strukturierungen in dieser Größenord- nung standen keine geeigneten Masken zur Verfügung, weshalb im Rahmen dieser Arbeit eine Alternative Methode zur Strukturierung von Messgeometrien entwickelt wurde, welche einen grossen und effizienten Probendurchsatz gewährleistet. Held et al. [78] zeigten, dass ein 2DEG bis zu 50 nm unter der Oberfläche erfolgreich ver- armt werden konnte durch die Oxidation der darüber liegenden Oberfläche mit Hilfe einer unter Gleichspannung stehenden AFM 9 -Spitze. Die kontrollierte Zerstörung der Oberfläche eines 2DEGs in III/V Systemen verändert hierbei die energetische Position des Fermi Niveaus in der Bandlücke, so dass das 2DEG verarmt wird. Diese Technik der AFM- Lithographie ermöglicht die Mesa- Strukturierung im sub- µm Bereich und muss unter kontrollierbaren Umgebungsbedingungen durchgeführt wer- den. Wir nutzen zur Strukturierung der Mesa den Effekt der Verschiebung des Fermi 9g x y sample diamond tip step motors for x, y and z step motors for x, y and rotation 9g x y sample diamond tip z step motors for x, y and rotation z j Abbildung 3.6: Computer gesteuerter Ritzer zur Strukturierung von Hallbars (links). Zum Verfahren und Drehen des Ritztisches sowie zum Heben und Senken des Ritzarmes dienen Schrittmotoren mit einer Genauigkeit von 1 µm. Rechts ist ein Ausschnitt einer Probe mit geritztem Hallbar und bereits aufgebrachtem Lötkontakt zu sehen. Niveaus durch gezielte Zerstörung der Oberfläche durch Ritzen des Hallbar- Musters mit einer Diamantnadel in die Oberfläche. Mit Hilfe eines Computer gesteuerten X-, Y- und Z- Schreibers (Abbildung 3.6) gelang es reproduzierbare Hallbar- Strukturen wie in Abbildung 3.5 skizziert herzustellen. Hierfür wurden die zu strukturierenden Probenstücke mit Wachs auf einen Objektträger aus Glas befestigt, welcher über eine Ansaugvorrichtung auf dem Ritztisch montiert werden konnte. Das dazu nötige Vakuum wird durch eine Membranpumpe erzeugt. Der Abstand (z- Richtung) und die Position (x-, y- Richtung) der am Arm des Ritzers eingespannten Nadel mit Dia- mantspitze kann über ein integriertes Mikroskop justiert werden. Mit Gewichten von 5 g - 30 g, die zusätzlich auf den Arm des Ritzers gelegt werden können, wird der An- pressdruck der Nadel auf die Probenoberfläche eingestellt. Dieser ist für Proben mit zuvor bedampftem Metall- Gates größer als für Proben ohne Gate. Das auf einem nebenstehenden Computer installierte Steuerprogramm des Ritzers kann beliebige Linienmuster durch Heben und Senken des Ritzarmes schreiben. Dem Programm 9 engl. Atomic Force Microscope, Rasterkraftmikroskop Yüklə 5,01 Kb. Dostları ilə paylaş:
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