Medidas C-AFM com V A positivo

Durante os testes realizados nas técnicas implementadas no microscópio, vimos que a superfície analisada por C-AFM sofre oxidação quando o potencial aplicado na amostra (VA) é

positivo. Os resultados apresentados no Capítulo 5 foram obtidos sempre com VA negativo, com

relação à ponta que está num potencial nulo. Esse problema impede a obtenção da parte positiva (reverse bias, para amostras dopadas tipo n) da característica I×V das nanoestruturas. Para

resolver o problema podemos optar por duas soluções relativamente simples. Uma delas é a passivação química da superfície da amostra, que remove o óxido nativo da superfície e introduz um composto que reduz bastante a taxa da oxidação na superfície passivada. Uma segunda solução consiste em introduzir a parte do AFM que realiza as medidas elétricas (cabeça de medida) em um sistema com atmosfera controlada. Esta segunda alternativa deverá ser implementada no futuro próximo em nosso laboratório.

6.3 Amostras

Grande parte das amostras analisadas neste trabalho possui, na camada buffer e no filme crescidos, uma dopagem residual tipo n com portadores ~1016cm-3, e os substratos são semi-

isolantes. Podemos crescer amostras com camadas intermediárias dopadas, para aumentar o número de portadores nas nanoestruturas, e também realizar sua passivação química, para evitarmos o pinning do nível de Fermi nos semicondutores III-V.

Em nosso grupo têm sido estudadas amostras em sistemas de multicamadas InAs/InP, onde as nanoestruturas de InAs estão enterradas pelas camadas de InP. Neste caso, ocorre o alinhamento vertical das nanoestruturas [56]; efeitos de tunelamento ressonante têm sido observados por outros grupos de pesquisa [68] nesse tipo de estrutura multi-camadas. Tais amostras deverão ser analisadas com C-AFM para estudarmos esse tunelamento com resolução espacial.

Capítulo 7

Conclusões

Neste trabalho, implementamos no microscópio de força atômica (AFM) do LPD/IFGW várias técnicas para caracterização de propriedades mecânicas e elétricas de amostras. Em particular, foi feita a instrumentação de um sistema para medição de corrente entre ponta condutora e amostra. Com isso, foi possível realizar medidas de condutância local (C-AFM) e também de espectroscopia I×V, usando a resolução espacial do AFM. O circuito para medição da

corrente entre ponta-amostra foi projetado e construído no laboratório, e uma placa de aquisição de dados foi instalada para que fosse possível obter as curvas I×V no modo espectroscópico. A

implementação destes equipamentos não interfere no funcionamento do AFM em modo topográfico, sendo possível obter simultaneamente imagens topográficas e elétricas.

Para a construção do circuito de medição de corrente, foi necessário obter conhecimentos sobre medidas de alta sensibilidade e as principais fontes de ruído tanto do circuito quanto do AFM. As pontas condutoras, para as medidas de condutividade, foram obtidas pela deposição de um metal (cromo/ouro) sobre pontas convencionais de silício (p+). Entretanto, exploramos preliminarmente outras maneiras para a obtenção destas pontas, pois os filmes de cromo/ouro, depositados por evaporação térmica, são geralmente removidos durante as medidas.

Amostras padrão foram utilizadas para testar as técnicas implementadas, no sentido de determinar suas resoluções e limitações. Na microscopia por força eletrostática (EFM) em modo não-contato, foi verificado que as medidas do potencial de superfície (VS) são comprometidas

devido a uma mistura da topografia com os sinais elétricos. No entanto, com a placa de aquisição de dados, foi possível utilizar o EFM em modo Kelvin-Probe, que se mostrou eficaz na determinação da posição do nível de Fermi entre diferentes amostras semicondutoras. No modo C-AFM, medidas sobre uma amostra de HOPG mostraram efeitos de convolução da ponta com

as estruturas, que foram considerados na interpretação dos resultados sobre as nanoestruturas semicondutoras.

Analisamos três amostras do sistema InAs/InP crescidas por CBE, que tinham diferentes tipos de nanoestruturas (quantum dots e quantum wires). As medidas com EFM em modo

Kelvin-Probe mostraram que a posição do nível de Fermi é afetada pela existência do filme de

InAs e pelas nanoestruturas presentes na superfície das amostras, mesmo que isto não seja indicado nas medidas resolvidas espacialmente. Em C-AFM, as medidas mostraram que a característica elétrica do contato entre a ponta metalizada e um dot é do tipo Schottky, devido à oxidação causada pela exposição ao ar. Interpretamos as variações de corrente sobre diferentes regiões de um mesmo dot, como sendo efeitos de convolução da ponta com a amostra (observados inicialmente em HOPG). Entretanto, para uma possível interpretação destes resultados em função de mudanças espaciais na densidade de probabilidade (distribuição eletrônica) associada aos níveis de energia do dot, seria necessário que esses efeitos de convolução e a conseqüente variação na qualidade dos contatos entre ponta-amostra pudessem ser completamente excluídos. Apesar disso, pudemos observar, nas características I×V obtidas

sobre os dots, que o comportamento da curva, como forma, curvatura e tensão de limiar, variam com as formas geométricas da nanoestrutura.

Por fim, iniciamos os processos de nanolitografia por AFM, para produção de dispositivos, que permitirão realizar medidas de transporte elétrico entre as nanoestruturas. Na parte de instrumentação, foram delineados alguns aspectos que podem ser utilizados para resolver problemas remanescentes, devido às medidas estarem sendo feitas em ar.

Estes resultados, em conjunto, mostram a viabilidade das técnicas implementadas, respeitados os limites de utilização e resolução – aqui discutidos – na interpretação dos resultados. A possibilidade de realizar medidas nas diferentes técnicas abordadas neste trabalho abre a perspectiva de novos projetos de pesquisa, não somente em semicondutores, para o laboratório de SPM do LPD/DFA/IFGW.