VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Ústav Fyzikálního inženýrství

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Ústav Fyzikálního inženýrství Ing. MIROSLAV BARTOŠÍK APLIKACE AFM V NANOTECHNOLOGIÍCH APLICATION OF AFM IN NANOTECHNOLOGY ZKRÁCENÁ VERZE Ph.D. THESIS ŠKOLITEL: Ing. VLADIMÍR CHÁB, CSc. ŠKOLITEL-SPECIALISTA: prof. RNDr. TOMÁŠ ŠIKOLA, CSc. OPONENTI: RNDr. ANTONIN FEJFAR, CSc. doc. RNDr. IVAN OŠŤÁDAL, CSc. prof. RNDr. VLADIMÍR ČECH, Ph.D. DATUM OBHAJOBY: 28. 1. 2009

Klíčová slova: AFM, LAO, elativní vlhkost, Selektivní růst, Kvantový bodový kontakt, Si, GaAs, nanostruktury Key Words: AFM, LAO, Relative humidity, Selective Growth, Quantum Point Contact, Si, GaAs, nanostructures Název pracoviště, na kterém je uložen rukopis disertační práce: Ústav fyzikálního inženýrství Fakulta strojního inženýrství Vysoké učení technické v Brně Miroslav Bartošík, 2009 ISBN: 978-80-214-3847-7 ISSN: 1213-4198

OBSAH OBSAH... 3 1 ÚVOD... 5 2 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE... 5 3 MIKROSKOPIE ZALOŽENÁ NA DETEKCI ATOMÁRNÍCH SIL (AFM)... 5 4 LOKÁLNÍ ANODICKÁ OXIDACE (LAO)... 6 4.1 Lokální anodická oxidace na Si... 7 4.2 Lokální anodická oxidace na GaAs... 8 5 VÝROBA KOVOVÝCH NANOSTRUKTUR... 11 5.1 Přenos oxidových struktur vytvořených pomocí AFM LAO do kovu... 11 5.2 Selektivní depozice kovu na matrici připravenou pomocí AFM LAO... 12 6 VÝROBA KVANTOVÉHO BODOVÉHO KONTAKTU... 14 7 ZÁVĚR... 19 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 22 3

1 ÚVOD Tato disertační práce navazuje na autorovu diplomovou práci [1] a zabývá se aplikacemi atmosférického AFM (Atomic Force Microscopy) v oblasti nanotechnologií a to přímo problematikou výroby nanostruktur na kovových a polovodičových substrátech pomocí nanolitografické metody lokální anodické oxidace (LAO Local Anodic Oxidation). Ve vlastní práci je zmíněna metoda studována v rozsahu od základního až po aplikovaný výzkum, kde je mnohdy provázána s celou řadou dalších pokročilých fyzikálních technologií, avšak z důvodu omezeného rozsahu této zkrácené verze je pozornost přímo zaměřena na přehled hlavních výstupů práce pouze se stručným vysvětlením a podrobnější informace lze nalézt v původním textu a publikacích [2, 3, 4, 5]. V první kapitole je krátce představena mikroskopie AFM a experimentální mikroskop spolu s dvěma vylepšeními umožňujícími připojovat vyšší napětí a kontrolovat relativní vlhkost během experimentu, jejichž výroba byla nutná pro účely této práce. Druhá kapitola podává stručný úvod k lokální anodické oxidaci a prezentuje experimentální výsledky dosažené při studiu této metody na křemíku (vliv napětí a rychlosti) a na gallium arsenidu (vliv relativní vlhkosti, zaostření hrotu). Ve třetí experimentální kapitole je věnována pozornost metodám umožňujícím přenést původní vzor vytvořený pomocí lokální anodické oxidace do kovu a to metodě přenosu oxidového motivu vytvořeného na amorfním hydrogenizovaném křemíku do podložní titanové vrstvy a metodě selektivního růstu kovů (Ga a Co) na oxidovém motivu. Čtvrtá experimentální kapitola pojednává o využití lokální anodické oxidace při výrobě kvantového bodového kontaktu na heterostruktuře na bázi GaAs/AlGaAs. 2 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE K cílům disertační práce patřilo: 1. Zjistit vliv napětí, rychlosti pohybu hrotu a vrcholového poloměru hrotu na oxidové struktury vyráběné metodou LAO na Si(100). 2. Sestrojit vhodné zařízení umožňující nastavit a kontrolovat relativní vlhkost v pracovním prostoru mikroskopu AFM a prozkoumat vliv relativní vlhkosti na oxidační proces na GaAs(100). 3. Vyvinout a prakticky aplikovat metody umožňující vytvářet kovové nanostruktury (Ga, Co, Ti) podle vzoru vytvořeného LAO. 4. Použít metodu LAO při výrobě jednoduchého nanoelektronického zařízení. 3 MIKROSKOPIE ZALOŽENÁ NA DETEKCI ATOMÁRNÍCH SIL (AFM) Mikroskopie založená na detekci atomárních sil je mikroskopií z rodiny tzv. rastrovacích sondových mikroskopií (SPM Scanning Probe Microscopy) [6]. První funkční prototyp AFM byl předveden v roce 1986 Binnigem, Quatem a Gerberem 5

[7]. Šest let poté se pomocí silové mikroskopie podařilo dosáhnout atomárního rozlišení na nereaktivním povrchu [8] (rok 1992) a devět let poté byly v bezkontaktním módu zobrazeny atomy na povrchu Si(111)-(7x7) [9] (rok 1995). AFM zkoumá povrch vzorku pomocí silové interakce mezi atomy velmi ostrého hrotu a atomy povrchu zkoumaného vzorku. Hrot se nachází na konci raménka a obraz se získává v jednotlivých bodech rastrování detekcí změny prohnutí raménka (kontaktní mód), případně změny jeho rezonanční frekvence (bezkontaktní mód). Mikroskop, na kterém byla prováděna většina měření v rámci této disertační práce je produktem firmy Veeco [10]. Mikroskop umožňuje pracovat v režimech [11]: AFM (kontaktní, bezkontaktní, příklepový mód), STM, LFM a MFM. Pro nanolitografické účely je možné mezi hrot a vzorek připojovat napětí až do 10 V [12], což se však ukázalo pro účely experimentů nedostačující, a proto bylo navrženo a sestrojeno zařízení, umožňující 3násobné zvýšení připojeného napětí. Navíc byla postavena aparatura (obrázek 1), umožňující kontrolovat a regulovat vlhkost v pracovním prostoru mikroskopu v rozsahu 10 až 90% s přesností ± 1%. (a) (b) Obrázek 1 Aparatura pro dosažení a udržení požadované hodnoty relativní vlhkosti v pracovním prostoru AFM. Výkonná jednotka pro tvorbu atmosféry s danou relativní vlhkostí (a). Komora uzavírající pracovní prostor mikroskopu (b). 4 LOKÁLNÍ ANODICKÁ OXIDACE (LAO) Lokální anodická oxidace (LAO Local Anodic Oxidation) je technika umožňující výrobu struktur nanometrových rozměrů na površích kovů (např. Ti [1]) nebo polovodičů (např. Si, GaAs viz dále), ale v poslední době je metoda používána také na izolantech (např. uměle vytvořený diamant při zajištění speciálních podmínek pro vedení proudu [13]). Poprvé uskutečnili lokální anodickou oxidaci povrchu v roce 1990 Dagata et al. s využitím STM [14]. Pomocí LAO je možné v laboratorních podmínkách vytvářet oxidové izolanty, které mohou být použity při výrobě nanoelektronických zařízení (např. jednoelektronového tranzistoru [15, 16] nebo kvantového bodového kontaktu viz dále). Kromě toho je možné použít 6

oxidovou strukturu jako masku pro vytváření kovových nanostruktur, které nacházejí své uplatnění v nanofotonice. Při lokální anodické oxidaci je mezi hrot mikroskopu AFM (nebo STM) a povrch vzorku, který se chová jako anoda, přiloženo dostatečně vysoké elektrické napětí. V atmosférických podmínkách (pokojová teplota, relativní vlhkost > 10 %) a v dostatečně malé vzdálenosti je hrot s povrchem spojen vodním meniskem, v němž dochází k vytváření oxidových aniontů (O 2- a OH - ) z neutrálních molekul vody. Na povrchu vzorku pak vzniká oxidová vrstva a silné elektrické pole (E 10 7 V/cm) [17] zajišťuje transport aniontů přes oxidovou vrstvu směrem do vzorku, a tím dochází k dalšímu růstu oxidu. 4.1 LOKÁLNÍ ANODICKÁ OXIDACE NA Si V prvních experimentech byla sledována závislost výšky oxidových čar vytvořených na Si(100) na přiloženém napětí a rychlosti hrotu a její souvislost s teorií Cabrery a Motta [18] upravenou Stiévenardem et al. [19]. V ukázkovém grafu na obrázku 2 je zachycena závislost výšky na přiloženém napětí a rychlosti. Je zřejmé, že výška roste přímo úměrně přiloženému napětí a nepřímo úměrně logaritmu rychlosti, což odpovídá chování předpovídanému teorií. Naměřená data tedy dobře potvrdila teoretický model Cabrery a Motta. Obrázek 2 Závislost výšky oxidových čar na napětí (a) a rychlosti hrotu (b) na povrchu Si(100). Z uvedených rovnic teoretických křivek, bylo možno spočítat další parametry oxidačního procesu jako velikost prahového napětí (přibližně 2,3 až 2,5 V), vzdálenost mezi intersticiálními polohami (0,05 nm) nebo aktivační energii oxidačního procesu (0,77 ev). Stanovená hodnota aktivační energie byla vyšší než hodnota aktivační energie při oxidaci v plazmatu, která se pohybuje v řádu 0,15 až 0,4 ev, avšak nižší než hodnota aktivační energie při vysokoteplotní termální oxidaci, která je přibližně 2 až 4 ev [20, 21, 22], což vedlo k závěru, že oxidační proces je svým charakterem na rozmezí těchto dvou procesů, i když přece jen blíže oxidaci v plazmatu. Z hlediska praktického využití lokální anodické oxidace byla zároveň sledována šířka (resp. pološířka) oxidové čáry, která limituje rozlišení této metody. Průběh 7

závislostí šířky na napětí a rychlosti hrotu, byl velmi podobný jako v případě závislostí výšky na těchto parametrech, avšak zde teoretický model neexistuje. Nejmenší hodnoty pološířky se pohybovali na hranici 45 nm. Dále byla sledována hloubka, do níž proniká oxidová vrstva během LAO. Na základě měření prohlubní po odleptání původní oxidové vrstvy v 2% roztoku kyseliny fluorovodíkové, bylo zjištěno, že oxid proniká 1krát až 1,4krát hlouběji, než je jeho výška. Pozorování postupného odleptávání oxidu ukázalo, že oxidová čára je nejprve rozbita do velmi reaktivních fragmentů, a teprve později jsou odleptány i tyto zbytky (obrázek 3), přičemž celý proces probíhá rychleji než u kompaktní vrstvy termického oxidu. Porovnáním příslušných objemů před a po leptání, bylo možno určit hustotu LAO oxidu na hodnotu 2,02 g cm -3. Obrázek 3 Oxidový kříž vytvořený LAO na Si(111) a průměrný profil jedné z jeho čar před leptáním (a), po 7 sekundách (b), po 17 sekundách (c) a po 27 sekundách (d) leptání v 0,5% roztoku HF. 4.2 LOKÁLNÍ ANODICKÁ OXIDACE NA GaAs V této časti byl studován vliv relativní vlhkosti, souvisejícího elektrického pole a zaostření hrotu na oxidační proces na GaAs(100). Teoreticky lze vliv relativní vlhkosti vysvětlit tak, že voda přednostně kondenzuje na více zakřivených površích (v pórech, trhlinách apod), což vede v atmosférických podmínkách prakticky vždy k vytvoření vodního menisku mezi hrotem AFM a povrchem. Přitom rozměr vodního menisku (resp. jeho kritický poloměr r k ) roste s relativní vlhkostí (p/p s ) podle Kelvinovy rovnice [23] r k γv =, RT ln (p/p kde γ je povrchové napětí, V molární objem, R molární plynová konstanta, T teplota, p okolní tlak, p s je tlak nasycených par (výraz p/p s představuje relativní vlhkost vzduchu). Účinek relativní vlhkosti byl v minulosti částečně experimentálně zkoumán na jiných površích [24,25,26] nebo čistě v teoretické rovině [27]. Za účelem systematického studia byla sestrojena aparatura pro udržení stálé relativní vlhkosti a sledovány parametry oxidových čar, při různých hodnotách relativní s ) 8

vlhkosti. Rozměry oxidových čar (výška, šířka, pološířka) měly tendenci růst s vyšší relativní vlhkostí, nicméně při nižších vlhkostech byl tento trend významně narušen a oxidové útvary vykazovaly značné nehomogenity (viz obrázek 4). Aby bylo možno porozumět uvedenému chování, bylo nejprve studováno množství vody (voda je během lokální anodické oxidace prováděné v běžných atmosférických podmínkách hlavním zdrojem aniontů O - a OH - ) obsažené v menisku při různých vlhkostech silovou spektroskopií, pomocí níž lze určit maximální kapilární sílu mezi hrotem a povrchem a výšku vodního menisku v okamžiku přerušení vodního menisku. Tato měření ukázala, že množství vody ve vodním menisku je skutečně více rozptýleno při nižších vlhkostech než při vyšších. Na základě toho byla stanovena hypotéza, že kolísání v rozměrech vodního menisku je příčinnou nestabilit v procesu LAO. Obrázek 4 Výška oxidových čar a hloubka odpovídajících vyleptaných prohlubní na GaAs(100) jako funkce napětí přiloženého mezi hrot a vzorek pro pět různých hodnot relativní vlhkosti. Aby bylo možné lépe porozumět procesům během formování vodního menisku mezi hrotem a povrchem za odlišných vlhkostí, byla navržena a provedena dynamická simulace vývoje vodního menisku mezi hrotem a povrchem při pohybu nad reálným povrchem GaAs(100). Graf zachycující názorně výsledek simulace je uveden na obrázku 5, kde je patrné, že relativně největší rozptyl šířky vodního menisku vzhledem k jeho celkové šířce nastává při nízkých hodnotách relativní vlhkosti, což potvrzuje výsledek předchozích měření. Výsledek simulace tak umožnil vysvětlit kolísání šířky oxidových čar při nízkých vlhkostech. Otázka prudkých změn ve výšce oxidových čar při nízkých vlhkostech, kdy výška byla mnohdy při nízké relativní vlhkosti paradoxně i vyšší (viz 35% obrázek 4), však 9

zůstala nezodpovězena a odpověď přinesly, až simulace elektrického pole pomocí programu EOD [28] provedené Ing. Pavlem Jánským. Ty názorně ukázaly, jak vodní meniskus vytlačí elektrické siločáry do povrchu, což vede ke zvýšení elektrického pole v oxidové vrstvě. Přitom bylo vypočítáno, že průměrná intenzita elektrického pole pod vodním meniskem je při nižších vlhkostech vyšší než při vyšších relativních vlhkostech (obrázek 6 vpravo dole). Ačkoliv samotná průměrná elektrická intenzita nebyla při nižších vlhkostech o tolik vyšší než při nízkých vlhkostech (maximálně o 30 %), aby beze zbytku vysvětlila v některých případech až 4 násobný růst výšky oxidové čáry, přesto se jedná o podstatný přínos k pochopení celého mechanismu vzniku nestability. Uvážíme-li totiž, že simulace elektrického pole vzala v úvahu pouze průměrné hodnoty menisku určené v předchozích výpočtech, pak při nízkých hodnotách relativní vlhkosti mohla šíře vodního menisku dosahovat opravdu extrémně nízkých hodnot, což vedlo k vysoké průměrné hodnotě intenzity elektrického pole ve vrstvě a značně urychlené difúzi iontů, jejímž výsledkem byl průdký nárůst výšky oxidové čáry (resp. její kolísání). Simulace x-ové složky elektrické intenzity zároveň umožnily zdůvodnit mechanismus rozšíření oxidové čáry za hranice vodního menisku (obrázek 6). Dále byl studovan vliv zaostření hrotu na oxidační proces. Zde byla potvrzena hypotéza o růstu šířky oxidové čáry s rostoucím poloměrem hrotu a bylo zjištěno, že opotřebení hrotu (měřené změnami jeho vrcholového poloměru) během běžné lokální anodické oxidace (bez vzniku výboje) je zanedbatelné (nedetekovatelné elektronovým mikroskopem) Obrázek 5 Simulace šířky vodního menisku mezi hrotem a povrchem v závislosti na relativní vlhkosti. Poměr směrodatné odchylky a rozpětí k průměrné šířce (pravý dolní vložený graf). Vývoj plochy zasažené simulovaným vodním meniskem, která 10

je dána jako průmět menisku do povrchu během pohybu hrotu zleva doprava při dvou různých vlhkostech (vložené náhledy vlevo nahoře). Obrázek 6 Radiální profil průběhu celkové elektrické intenzity ve vrstvě oxidu GaAs v hloubce 0,25 nm pod povrchem při různých relativních vlhkostech; x-ová složka intenzity elektrického pole (vložený obrázek a); průměrná hodnota celkové elektrické intenzity v oxidové vrstvě v prostoru pod vodním meniskem (vložený obrázek b). 5 VÝROBA KOVOVÝCH NANOSTRUKTUR V této části disertační práce byla pozornost věnována dvěma metodám umožňujícím přetransformovat původní oxidový motiv do kovu. Následně vzniklé kovové nanostruktury by například mohly být použity v nanofotonických obvodech k přenosu elektromagnetického vlnění pod difrakčním limitem [29, 30, 31]. Z tohoto důvodu jsou následující podkapitoly věnovány dvěma metodám vytváření kovových nanostruktur z oxidových motivů vytvořených pomocí AFM LAO. 5.1 PŘENOS OXIDOVÝCH STRUKTUR VYTVOŘENÝCH POMOCÍ AFM LAO DO KOVU Princip první metody, která byla úspěšně aplikována je zachycen na obrázku 7. Na substrát Si s oxidovou vrstvou se nanese vrstva kovu (10 nm Ti) a dále vrstva amorfního hydrogenizovaného křemíku (a-si:h) (10 nm). Metodou LAO je vytvořen požadovaný motiv a amorfní křemík, který nebyl zoxidován, je odstraněn pomocí leptání v tetrametyl-amonium hydroxidu (TMAH) při 50 o C, který je vysoce selektivní vůči Si a SiO 2. Posledním krokem je odprášení vrstvy kovu nekryté oxidovými strukturami ionty Ar +. Ti vrstva byla připravena na ÚFI iontovým 11

odprašováním titanového terče na křemíkový substrát v zařízení IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) [32] a vrstva a-si:h pak nanesena ve spolupráci s Fyzikálním ústavem AV ČR technologií MW ECR PECVD (Microwave Electron-Cyclotron- Resonance Plasma-Enhanced Chemical-Vapour-Deposition) ze silanu ředěného heliem. Obrázek 7 Postup výroby kovových nanostruktur. Výše zmíněná metoda výroby kovových nanostruktur je poměrně náročná z hlediska počtu výrobních kroků, a proto byla vyvinuta a úspěšně použita druhá metoda (následující kapitola). 5.2 SELEKTIVNÍ DEPOZICE KOVU NA MATRICI PŘIPRAVENOU POMOCÍ AFM LAO Další metoda přípravy kovových nanostruktur, vychází z myšlenky tzv. selektivního růstu, kdy během depozice kov (gallium nebo kobalt) narůstá jinou rychlostí na zoxidovaných a nezoxidovaných místech křemíkového substrátu. Selektivní růst byl doposud úspěšně aplikován, pokud byla celá technologie striktně prováděna v podmínkách velmi vysokého vakua [33, 34, 35, 36, 37, 38, 39], zatímco v atmosférických podmínkách doposud aplikován nebyl navzdory technologické nenáročnosti. Kritickým místem této technologie je správné chemické ošetření povrchu. Postup výroby kovových nanostruktur pomocí selektivního růstu, který byl použit, je schématicky zachycen na obrázku 8 a skládá se ze čtyř kroků. Prvním krokem je dvoustupňové leptání křemíkového substrátu ve směsi roztoků 40% HF a 40% NH 4 F (1:5 pufrovaná HF) a následné leptání ve 40% roztoku NH 4 F, který je zahřátý na teplotu 70 ºC tak, aby byl odstraněn nativní oxid a připraven vodíkem pasivovaný povrch, který je odolný proti oxidaci v atmosférických podmínkách po dobu několika hodin. Druhým krokem je vytvoření oxidové předlohy lokální anodickou oxidací. Ve třetím kroku je takto upravený vzorek vložen do komory s ultravysokým vakuem a před vlastní depozicí kovu je provedeno žíhání. V posledním (čtvrtém) kroku pak je metodou MBE (Molecular Beam Epitaxy) na povrch vzorku deponováno galium v podmínkách vysokého vakua (p ~ 0,5 10-6 Pa). Přitom bylo zjištěno, že má-li docházet k selektivnímu růstu, je nutné, aby teplota substrátu během depozice byla vyšší než 300 ºC v případě Ga a 400 ºC v případě Co. Výsledky experimentů byly ověřovány prostřednictvím měření AFM (v případě Ga 12

je vzhledem k jeho nízké odolnosti proti větším přítlačným silám možno aplikovat pouze bezkontaktní mód). Obrázek 8 Schéma výroby kovových nanostruktur pomocí selektivního růstu. V případě Ga experimenty názorně ukázaly, jak je možné v určitém rozmezí měnit velikost Ga ostrůvků pomocí změn rozměrů křemíkového okna v oxidové matrici. Pokud však okno dosáhne určité maximální velikosti, pak už jsou rozměry Ga ostrůvků ovlivněny především podmínkami depozice. Uvedené poznatky lze využít ke kontrolovanému (co se týče pozice a velikosti ostrůvků) selektivnímu růstu Ga, jak názorně demonstruje výsledek experimentu, jež je zachycen na obrázku 9. Cílem bylo vyvolat selektivní růst právě jednoho Ga ostrůvku v každém okně původní čtvercové oxidové mřížky. Obrázek 9 AFM topografie pole Ga ostrůvků vzájemně oddělených oxidovými bariérami. Profil vybrané řady (a). Tabulka rozměrů oxidových čar a ostrůvků (b). 13

Selektivní růst Co je aplikovatelný například z hlediska vytváření polí nanomagnetů, u nichž je možné na základě změn rozměrových parametrů vhodně modifikovat hysterezní křivku (viz [40]). Stejně jako u gallia byl při experimentech s kobaltem pozorován selektivní růst v prostorách mimo vlastní oxidovou matrici, avšak při depozici za pokojové teploty, byl rovněž pozorován rychlejší růst Co nad vlastním oxidem (obrázek 10). Kromě toho se na základě detailních topografických měření podařilo zmapovat vliv povrchové migrace Co atomů na selektivní růst. Vzhledem k magnetickým vlastnostem Co bylo možno rovněž provést MFM (Magnetic Force Microscopy) na struktuře deponované za teploty 400 ºC (obrázek 11) a naznačit možnou interpretaci těchto měření. Obrázek 10 AFM topografie motivu na Si(111) po oxidaci (a) a po depozici Co za pokojové teploty (b). Obrázek 11 MFM fáze (a) a magnetická síla (b), měřeno 14 dní po depozici Co. 6 VÝROBA KVANTOVÉHO BODOVÉHO KONTAKTU Cílem poslední části disertační práce bylo demonstrovat možnosti lokální anodické oxidace pří výrobě nanoelektronického zařízení, konkrétně kvantového bodového kontaktu (QPC Quantum Point Contact). QPC propojený kontakty s vnějším makrosvětem je sám o sobě komplexním funkčním nanoelektronickým prvkem, ale také základním stavebním elementem složitějších nanozařízení. 14

Příkladem takových složitějších nanozařízení mohou být kvantové kruhy [41] používané pro studium Aharonova-Bohmova jevu nebo jednoelektronové tranzistory [42]. Kvantový bodový kontakt je extrémně citlivý detektor náboje (možnost detekce jednotlivých elektronů) a v souvislosti s kvantovými počítači se o něm uvažuje jako o vhodném čtecí zařízení jednotlivých stavů qubitů. Podstatou QPC je vytvoření velmi tenkého vodivého kanálu (elektronická šířka několik desítek nanometrů srovnatelná s vlnovou délkou elektronu navíc regulovatelná prostřednictvím hradlového napětí), který spojuje dvě větší vodivé oblasti. Vodivost tohoto zařízení je kvantována a její závislost na přiloženém napětí má schodovitý průběh (na rozdíl od lineární závislosti pro klasické mikrokontakty) [43]. Velikost jednotlivých schodů je pak dána jako 2e 2 /h a efekt kvantování vodivosti je možné popsat Landauerovou-Büttikerovou rovnicí ve tvaru [41] G 2 = NT, 2e h kde N je počet transverzálních módů v kanálu s průměrným koeficientem propustnosti T = 1. Hlavní praktickou experimentální podmínkou pro vytvoření tohoto zařízení je docílení balistického transportu elektronů vzájemným sladěním tří vlivů: dostatečným zúžením kanálu, měřením za nízké teploty, kvalitou krystalové mřížky materiálu vedoucího elektrony [44, 45]. Výrobní a experimentální vize spočívala ve čtyřech krocích: 1. Výroba heterostruktury na bázi AlGaAs/GaAs zadržující elektrony v plošné kvantové pasti (2DEG Two Dimensional Electron Gas) v malé hloubce pod povrchem technologií MBE. 2. Laterální vyprofilování 2DEG optickou litografií do podoby hall bar s malým rozměrem operační plochy a s expandovanými kontakty (ukázka viz obrázek 12). 3. Vytvoření vlastního profilu QPC pomocí AFM LAO, které omezí pohyb elektronu do jednoho rozměru. 4. Kryogenní měření vodivosti. 15

GaAs (5 nm) AlGaAs (11,2 nm) Si:As/AlGaAs (11,2 nm) GaAs (5 μm) Oxidová bariéra kvantového bodového kontaktu 2DEG I Kolektor Hradlo Emitor 27,4 nm (b) GaAs:Cr (300 μm) (a) Obrázek 12 Hall bar s expandovanými kontakty na heterostruktuře GaAs/AlGaAs (schéma) (a), oxidové bariéry vytvořené do vrcholové části hall bar (b). Vlastní výroba probíhala ve dvou etapách: (1) vyrobit první prototyp, (2) využití zkušeností první etapy při výrobě zdokonaleného zařízení. V následujícím textu jsou shrnuty hlavní přínosy, které se podařilo vyřešit v obou etapách v každém výrobním kroku. V prvním výrobním kroku se podařilo najít optimální sekvenci vrstev heterostruktury, tak aby byla vytvořena kvantová jáma v malé hloubce (27,4 nm) pod povrchem. Funkčnost návrhu byla ověřena self-konzistentním řešením Schrödingerovy a Poissonovy rovnice (obrázek 13), který prokázal, že heterostruktura by měla skutečně obsahovat 2DEG s dostatečnou plošnou hustotou náboje. Obrázek 13 Numerické self-konzistentní řešení Poissonovy a Schrödingerovy rovnice pro heterostrukturu s nízkoponořeným 2DEG s jednou dotující delta-vrstvou pro koncentraci dopantů 6 10 12 cm -2. Energie dna vodivostního pásu v závislosti na vzdálenosti od povrchu (a) s vyznačenou Fermiho mezí (oranžově) a energií prvních 16

dvou kvantových stavů (červeně a zeleně) a odpovídající hustota elektronů (b) [výpočet proveden Ing. Vítem Novákem z FzÚ AV]. Podle uvedeného návrhu byly vyrobeny 4 heterostruktury s odlišnou dotací elektrony. Navzdory výpočtu se však podařilo prostřednictvím měření Shubnikovových-de Haasových oscilací při teplotě 4,2 K potvrdit přítomnost 2DEG pouze na nejvíce dotovaných heterostrukturách, u nichž však vzhledem k nadměrné dotaci mohlo docházet k paralelní vodivosti. Kromě toho se prokázalo, že pohyblivost nosičů náboje není ideální pro výrobu kvantového bodového kontaktu (viz Tabulka 1 B081). Z tohoto důvodu byly později použity heterostruktury získané s laskavým svolením prof. Davida Gordon-Goldhabera na Stanfordské univerzitě, jejichž 2DEG se nacházel v hloubkách (h) 25 (viz Tabulka 1 99/22/A) a 30 nm pod povrchem. Měření sice prokázala, že pohyblivost (μ) a plošná hustota náboje (n s ) opět není ideální (srovnej viz Tabulka 1 Rokhinson, Fuhrer, Mori), ale rozhodně byla o poznání lepší než u našich předchozích vzorků. Tabulka 1 Vybrané parametry 2DEG a QPC. Vzorek μ (m 2 V -1 s -1 ) n s (cm -2 ) h (nm) Rokhinson et al. [46] (2DHG) Princeton 50 1,38 10 11 35 Fuhrer et al. [47] (2DEG) ETH 90 5 10 11 34 Mori et al. [48] (2DEG) Trieste 29 4,4 10 11 30 B081 0,2 1,07 10 11 27,4 99/22/A Stanford 3,8 4,4 10 11 25 (Poznámka: Dvourozměrný děrový plyn 2DHG Two dimensional hole gas) Ve druhém výrobním kroku se podařilo zoptimalizovat návrh hall bar tak, aby funkční plochy pro výrobu QPC dosahovaly minimálních rozměrů 20x20 μm (resp. 15x15 μm), přitom byl zachován dostatečný prostor pro expandované kontakty a bylo umožněno čtyřbodové měření (z důvodu minimalizace odporu přívodních kabelů). Pro optickou litografii [49] byla elektronovou litografií vyrobena maska na sodno-vápenném skle, která byla použita při výrobě. Ve třetím kroku, byl zvládnut problém postupného navazování nanostruktur pomocí lokální anodické oxidace na velkých plochách, což vůbec umožnilo omezovat 2DEG na poměrně velké ploše (zmíněných 20x20 μm). Zároveň aby bylo možné izolovat 2DEG v hloubce 25 nm (a více), bylo třeba dosáhnout výšky oxidových čar během LAO 12 nm (a více). Za tím účelem bylo nutné vyrobit zmiňovaný zesilovač umožňující mezi hrot a vzorek připojit napětí až 30 V, díky kterému se podařilo vytvářet oxidové bariéry, které jsou schopny účinně izolovat 2DEG, jak potvrzuje voltampérová charakteristika na obrázku 14 získaná při teplotě 4,2 K. Vzhledem k ne zcela dokonalému 2DEG (nízká pohyblivost nosičů náboje), bylo pro dosažení efektu kvantování nutné docílit, co nejmenšího zúžení. Hodnota, které se podařilo dosáhnout byla 60 nm (viz obrázek 15) (obvykle postačuje 180 nm) 17

Obrázek 14 Voltampérová charakteristika na QPC, vzorek B081 s 2DEG v hloubce 27,4 nm 1. etapa. Obrázek 15 Profil QPC vytvořený LAO zobrazený v kontaktním módu AFM (a), detailní snímek centrální části (b) a vynesený profil kritické oblasti (c). Výškový rozdíl mezi body A-A je 1,2 nm, výškový rozdíl mezi body B-B je 16 nm a šířka nejužšího místa QPC, vodorovná vzdálenost mezi body C-C je 60 nm. Závěrem je však třeba konstatovat, že navzdory zmíněným pokrokům, bylo při měření vodivosti (na experimentálním vzorku druhé etapy 99/22/A) mezi elektrodami hall bar za teploty 2 K zjištěno, že 2DEG již není přítomen (nízké hodnoty vodivosti odpovídající spíše substrátu než 2DEG). Vzhledem k rozsahu poškození 2DEG: mezi všemi kontakty všech hall bar, se dá očekávat, 18

že k poškození došlo během chemických procedur v procesu optické litografie. S vysokou pravděpodobností došlo k narušení horní vrstvy heterostruktury v důsledku čehož, byly všechny elektrony v kvantové jámě (2DEG) vytaženy povrchem. Z tohoto důvodu je v současné době podrobován testování proces optické litografie tak, aby byla odhalena příčina zničení 2DEG a experiment mohl být úspěšně dokončen. Navzdory ne zcela ideálním parametrům experimentu, se však už zcela jednoznačně prokázalo, že LAO lze úspěšně použít při izolaci a profilování nanoelektronických struktur na nízkoponořeném 2DEG. 7 ZÁVĚR Tato disertační práce se zabývá aplikacemi mikroskopie na bázi atomárních sil v nanotechnologiích. Hlavním tématem, které spojuje jednotlivé pasáže textu, je proces lokální anodické oxidace, jemuž byla věnována pozornost v rozsahu sahajícím od nejzákladnějších fyzikálních problémů až k aplikacím. Odrazovým můstkem se stala diplomová práce autora z roku 2003 [1], ve které se podařilo úspěšně provádět lokální anodickou oxidaci na titanu (Ti) s mikroskopem AutoProbe CP-R. Zde byly vysloveny první hypotézy týkající se vlivu relativní vlhkosti na oxidační proces. Právě k exaktnímu otestování těchto hypotéz, bylo v rámci disertační práce sestrojeno zařízení pro udržení stále hodnoty relativní vlhkosti v pracovním prostoru mikroskopu AFM (AutoProbe CP-R). Experimenty prováděné na GaAs a studující vliv relativní vlhkosti na rozměry oxidových nanostruktur vytvořených lokální anodickou oxidací ukázaly nestabilní chování při nízkých hodnotách relativní vlhkosti. Toto chování je vysvětlováno prostřednictvím relativních změn rozměrů a tvaru vodního menisku mezi hrotem AFM a povrchem během rastrování. Takové vysvětlení podporují také provedená měření závislostí síla vs vzdálenost při různých hodnotách relativních vlhkostí a simulace vývoje vodního menisku během rastrování založené na použití Kelvinovy rovnice a okrajových podmínek. Simulace elektrického pole mezi hrotem a povrchem při různých vlhkostech pak názorně předvedly, jak vodní meniskus zatlačí elektrické siločáry do povrchové vrstvy vzorku (později do oxidu), kde dochází ke zvýšení elektrostatického pole. Průměrná hodnota tohoto elektrického pole je pak vyšší při nízkých vlhkostech (s výjimkou relativní vlhkosti 0 %), což by mělo přispívat k rychlejší migraci iontů přes vrstvu oxidu. Toto chování nabízí vysvětlení, proč bylo možné v některých případech během lokální anodické oxidace při nízkých vlhkostech docílit větší výšky oxidových čar než tomu bylo při vlhkostech vyšších. Zjednodušeně řečeno, účinek většího elektrického pole urychlujícího ionty, převládne nad účinkem menšího vodního menisku, který je zároveň menším zdrojem iontů. V souvislosti s experimenty LAO na GaAs byl rovněž studován vliv vrcholového poloměru hrotu a zejména jeho opotřebení. Měření na elektronovém mikroskopu ukázala, že při běžné lokální anodické oxidaci je opotřebení hrotu minimální (nedetekovatelné SEM). Jestliže však během procesu dojde k výrazné nestabilitě (například výboj při použití vyšších napětí), pak může dojít ke značnému opotřebení 19

a zhoršení vrcholového poloměru, což se samozřejmě projeví nepředvídatelným zvýšením pološířky oxidových čar. Dále bylo prováděno studium oxidačního procesu na povrchu křemíku, kde byla pro závislosti výšky oxidových čar na napětí a rychlosti potvrzena teorie Cabrery a Motta. Na základě odhadu aktivační energie byl tento proces připodobněn svým charakterem spíše k oxidaci v plazmatu než k termické oxidaci. Závislost pološířky oxidových čar na napětí a rychlosti měla obdobné tendence jako závislost výšky na uvedených parametrech, i když navzdory litografické důležitosti tohoto parametru, není pro zmíněné závislosti dostupný teoretický výpočet. Z důvodu aplikací byla zároveň věnována pozornost možnosti částečného leptání oxidů vytvořených LAO pomocí různých koncentrací kyseliny fluorovodíkové. Zde se ukázalo, že proces leptání není homogenní a dochází k nerovnoměrnému rozbíjení oxidu. Kromě toho dokud není oxid odleptán zcela, udržují se na vzorku zbytky kyseliny hexafluorokřemičité, které vznikají v důsledku reakce kyseliny fluorovodíkové a oxidů křemíku. Na základě úbytku materiálu po leptání pak bylo odhadnuto chemické složení oxidu vytvořeného LAO na blízké SiO 2. Vzhledem k nerovnovážným podmínkám během LAO, však SiO 2 bude s vysokou pravděpodobností pouze průměrem většího počtu různých sloučenin na bázi SiO x. V souvislosti se snahou vyrábět kovové nanostruktury pro účely plazmoniky a výzkum magnetických nanostruktur, byly rovněž studovány a rozvíjeny dvě aplikační metody umožňující převést oxidové struktury vytvořené LAO do kovové podoby. První metoda, která spočívala v přenosu oxidového vzoru vytvořeného na amorfním křemíku do vrstvy titanu prostřednictvím iontového bombardování, byla úspěšně aplikována. Její použití se však jeví z technologického hlediska poněkud náročné. Druhou metodou pak byla technika selektivního růstu Ga a Co. Při této metodě se zkoumala možnost, že Ga a Co deponované na vzor vytvořený LAO na povrchu křemíku bude růst odlišně v místech, kde se nachází oxid a kde naopak není. V případě Co bylo docíleno selektivního růstu, přičemž se ukázalo, že při depozici za pokojové teploty Co roste vrstevnatě spíše nad vlastním oxidem, zatímco při teplotě 400 ºC roste ostrůvkovitě v prostorách mimo oxidové čáry. Měření MFM ukázala, že doménová struktura není odlišná od topografie. U Ga docházelo k selektivnímu ostrůvkovému růstu při teplotě depozice nad 300 ºC. Zásadním vlivem pro selektivní růst Ga se ukázala čistota vzorku spolu s jeho chemickou přípravou. Mimoto je nezbytné zobrazování pomocí bezkontaktního módu, neboť gallium není odolné proti větším přítlačným silám kontaktního módu. Byla prokázána možnost změn velikosti Ga ostrůvků vhodnou modifikací velikosti oken v matrici a tyto zkušenosti byly úspěšně aplikovány při tvorbě uspořádaného pole Ga ostrůvků. Problém propojení elektronické nanostruktury do vnějšího makroskopického světa byl řešen v poslední části práce, která se zabývala možností aplikace lokální anodické oxidace při výrobě kvantového bodového kontaktu. Lokální anodická oxidace zde sloužila jako nástroj laterálního vyprofilování tvaru vlastního kvantového bodového kontaktu do dvojdimenzionálního elektronového plynu 20

v heterostruktuře GaAs/AlGaAs. Ačkoliv kvantové efekty kontaktu nebyly pozorovány v důsledku nízké pohyblivosti elektronů na experimentálním vzorku, ukázalo se, že dostatečně vysoké oxidové bariéry (> 12 nm) jsou schopny spolehlivě přerušit 2DEG v hloubkách až 30 nm pod povrchem a jsou pro daný účel použitelné. To dokazují také rozměry kvantového bodového kontaktu na obrázku 15, které splňují podmínky kvantování (šířka nejužšího místa přibližně 60 nm) pro heterostruktury s vyšší pohyblivostí elektronů. Kromě toho se v této části podařilo vyřešit celou řadu technických problémů, které souvisely s návrhem a realizací vhodného hall bar, který by umožnil provázat techniku AFM s optickou litografií a zároveň umožnil kvalitní nízkoteplotní měření. Jistého pokroku bylo docíleno také v návrhu vrstev vhodné heterostruktury pro tvorbu nízkoponořeného dvojdimenzionálního elektronového plynu. U AFM pak byly vyřešeny problémy související s navázáním nanolitografických struktur a použití vyšších napětí. 21

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] M. Bartošík, Aplikace AFM/STM v oblasti nanotechnologií, diplomová práce, FSI VUT v Brně, Ústav fyzikálního inženýrství, 2004 [2] J. Červenka, R. Kalousek, M. Bartošík, D. Škoda, O. Tomanec, T. Šikola: Fabrication of nanostructures on Si(100) and GaAs(100) by local anodic oxidation, Appl. Surf. Sci., 253, 5, 2006, (2373-2378) [3] M. Bartošík, D. Škoda, O. Tomanec, R. Kalousek, R. Jánský, J. Zlámal, J. Spousta, T. Šikola, The influence of humidity on the kinetics of local anodic oxidation. Journal of Physics: Conference Series, 61, 0, 2007, (75-79). [4] M. Bartošík, D. Škoda, O. Tomanec, R. Kalousek, P. Jánský, J. Zlámal, J. Spousta, T. Šikola: Instabilities in LAO the Role of Humidity and Electric Field, Nanotechnology, submitted for publication. [5] M. Bartošík, M. Kolíbal, J. Čechal, J. Mach, T. Šikola: Selective growth of matallic nanostructures on surfaces patterned by AFM local anodic oxidation, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, submitted for publication. [6] G. Binnig, Force Microcopy, Ultramicroscopy 42-44, 1992, (7-15) [7] G. Binnig, C. F. Quate, C. Gerber, Atomic force microscope, Phys. Rev. Lett. 56, (930-933) [8] F. J. Giessibl, G. Binnig, True atomic resolution on KBr with a lowtemperature atomic force microscope in ultrahigh vacuum, Ultramicroscopy 42-44, 1992, (281-286) [9] F. J. Giessibl, Atomic resolution of the silicon (111)-(7x7) surface by atomic force microscopy, Science, 267, 1995, (68-71) [10] Veeco [online]. 2007 [cit. 2008-01-22]. Dostupný z WWW: <http://www.veeco.com/products/details.php?pid=204> [11] TM Microscopes Corporation, AutoProbe CP-Research User s Guide Part I: Basic Imaging Techniques, uživatelská příručka, Microscopes Veeco Metrology Group, 2001 [12] TM Microscopes Corporation, Nanolithography for AutoProbe Operation & Reference Guide, uživatelská příručka, Microscopes Veeco Metrology Group, 2001 [13] K. Sugata, M. Tachiki, T. Fukuda, H. Seo, H. Kawarada, Nanoscale modification of the hydrogen-terminated diamond surface using atomic force microscope, Jpn. J. Appl. Phys. 41, 2002, (4983) [14] J. A. Dagata, J. Schneir, H. H. Harary, C. J. Evans, M. T. Postek, J. Bennett, Modification of hydrogen-passivated silicon by a scanning tunneling microscope operating in air, Appl. Phys. Lett. 56, 1990, (2001) 22

[15] K. Matsumoto, M. Ishii, K. Segawa, Y. Oka, B. J. Vartanian, J. S. Harris, Room temperature operation of single electron tranzistor made by the scanning tunneling microscope nanooxidation process for the TiO x /Ti system, Appl. Phys. Lett. 68, 1996, (34-36) [16] J. Shirakashi, K. Matsumoto, N. Miura, M. Konagai, Single-electron charging effects in Nb/Nb oxide based single-electron transistors at room temperature, Appl. Phys. Lett. 72, 1998, (1893-1895) [17] A. E. Gordon, R. T. Fayfield, D. D. Litfin, T. K. Higman, Mechanisms of surface anodiyation produced by scanning probe microscopes, J. Vac. Sci. Technol. B 13(6), 1995, (2805) [18] N. Cabrera, N. F. Mott, Theory of the oxidation of metals, Rep. Prog. Phys., 12, 1948, (163) [19] D. Stiévenard, P. A. Fontaine, E. Dubois, Nanooxidation using a scanning probe microscope: An analytical model based on field induced oxidation, Appl. Phys. Lett., 70, 1996, (3272) [20] V. Q. Ho, T. Sutano, Selective anodic oxidation of silicon in oxygen plasma, IEEE Trans. Electron. Dev. 27, 1980 (1436-1443) [21] J. A. Dagata, T. Inoue, J. Itoh, H. Yokoyama, Role of space charge in scanner probe oxidation, Appl. Phys. Lett. 73, 1998, (271) [22] J. A. Dagata, T. Inoue, J. Itoh, K. Matsumoto, H. Yokoyama, Role of space charge in scanner probe oxidation, J. Appl. Phys. 84, 1998, (6891) [23] A. E. Gordon, R. T. Fayfield, D. D. Litfin, T. K. Higman, Mechanisms of surface anodiyation produced by scanning probe microscopes, J. Vac. Sci. Technol. B 13(6), 1995, (2805) [24] P. Avouris, T. Hertel, R. Martel, Atomic force microscope tip-induced local oxidation of sillicon: kinetice, mechanism, and nanofabrication, Appl. Phys. Lett., 71, 1997, (285) [25] H. Jungblut, D. Wille, and H. J. Lewerenz: Nano-oxidation of H-terminated p-si(100): Influence of the humidity on growth and surface properties of oxide islands, Appl. Phys. Lett., 78, 2001, (168) [26] H. Kuramochi, K. Ando, H. Yokoyama: Effect of humidity on nanooxidation of p-si(001) surface, Surf. Sci., 542, 2003, (56-63) [27] T. Stifter, O. Marti, B. Bhushan, Theoretical investigation of the distance dependence of capillary and van der Waals forces in scanning force microscopy, Phys. Rev. B 62, 2000, (13667) [28] B. Lencová, J. Zlámal, The development of EOD program for the design of electron optical devices, Microsc. Microanal., 13(S03), 2007, 2 23

[29] M. L. Brongersma, J. W. Hartman, H. A. Atwater, Electromagnetic energy transfer and switching in nanoparticle chain arrays below the diffraction limit, Phys. Rev. B, 62, 2000, (R16356) [30] S. A. Maier, M. L. Brongersma, P. G. Kik, S. Meltzer, A. A. G. Requicha, H. A. Atwater, Plasmonics A Route to Nanoscale Optical Devices, Adv. Mater. 13, 2001, (1501) [31] S. A. Maier, M. L. Brongersma, P. G. Kik, H. A. Atwater, Observation of near-field coupling in metal nanoparticle chains using far-field polarization spectroscopy, Phys. Rev. B, 65, 2002, (193408) [32] T. Šikola, J. Spousta, L. Dittrichová, M. Stránský, J. Zlámal, F. Matějka, A. Nebojsa, J. Zemek, V. Peřina, D. Rafaja, L. Ranno: Deposition of Magnetic Thin Films by IBAD, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B, 148(1 4) (1999), p. 907 911. [33] A. Hirai, K. M. Itoh, Site selective growth of Ge quantum dots on AFMpatterned Si substrates, Physica E, 23, (2004), 248 [34] T. Schmidt, J. I. Flege, S. Gangopadhyay, T. Clausen, A. Locatelli, S. Heun, J. Falta, Alignment of Ge Nanoislands on Si(111) by Ga-Induced substráte Self-Patterning, Phys. Rev. Lett. 98, (2007), 066104 [35] T. Yasuda, S. Yamasaki, S. Gwo, Nanoscale selective-area epitaxial growth of Si using an ultrathin SiO 2 /Si 3 N 4 mask patterned by an atomic force microscope, Appl. Phys. Lett., 77, 24, (2000), 3919 [36] M. Shibata, S. S. Stoyanov, M. Ichikawa, Selective growth of nanometerscale Ga dots on Si(111) surfaře windows formel in an ultrathin SiO 2 film, Phys. Rev. B, 59, 1999, (10289) [37] H. H. Hirayama, T. Tsamuti, N. Aizaki, Selective growth condition in disilane gas source silicon molecular beam epitaxy, Appl. Phys. Lett., 52, 1988, (2242) [38] K. Hiruma, M. Yazawa, H. Matsumoto, O. Kagaya, M. Miyazaki, Y. Umemoto, Selective Growth of ultra-low resistence GaAs/InGaAs for high performance InGaAs FETs, J. Cyst. Growth, 127, 1993, (221) [39] T. Chikyo, N. Koguchi, Microcrystal growth of GaAs on a Se-terminated GaAlAs surface for the quantum-well box structure by sequential supplies of Ga and As molecular beams, Appl.Phys. Lett., 61, 1992, (2431) [40] Y. S. Huang, A. O. Adeyeye, N. Singh, Magnetic properties of large area cobalt nanomagnets, J. Phys.:Condens. Matter, 17, 2005, (3931) [41] T. Ihn, Electronic quantum transport in mesoscopic semiconductor structures, Springer-Verlag New York, 2004, (18-19) 24

[42] U. F. Keyser, H. W. Schumacher, U. Zeitler, R. J. Haug, K. Eberl, Fabrication of a single-electron tranzistor by current-controlled local oxidation of a two-dimensional electron system, Appl. Phys. Lett. 76, 4, 2000, (457) [43] J. H. Davies, The physics of low-dimensional semiconductors: an introduction, Cambridge University Press, 1998, (162-165) [44] B. J. van Wees, H. van Houten, C. W. J. Beenakker, J. G. Williamson, L. P. Kouwenhoven, D. van der Marel, C. T. Foxon, Quantized Conductance of Point Contacts in a Two-Dimensional Electron Gas, Phys. Rev. Lett., 60, 1988, (848) [45] D. A. Wharam, T. J. Thornton, R. Newbury, M. Pepper, H. Ahmed, J. E. F. Frost, D. G. Hasko, D. C. Peacock, D. A. Ritchie, G. A. C. Jones, Onedimensional transport and the quantization of the ballistic resistance, J. Phys. C, 21, 1988, (L209) [46] L. P. Rokhinson, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, K. W. West, AFM local oxidation nanopatterning of a high mobility shallow 2D hole gas, Superlattices and Microstructures 32, 2-3, 2002, (99) [47] A. Fuhrer, A. Dorn, S. Lüscher, T. Heinzel, K. Ensslin, W. Wegscheider, M. Bichler, Electronic properties of nanostructures defined in Ga[Al]As heterostructures by local oxidation, Superlattices and Microstructures 31, 1, 2002, (19) [48] G. Mori, M. Lazzarino, D. Ercolani, G. Biasiol, L. Sorba, Magnetic field and temperature dependence of an atomic force microscope-defined quantum point contact, J. Vac. Sci. Technol. B, 22, 2, 2004, (570) [49] I. Brodie, J. J. Muray, The Physics of Micro/Nanofabrication, Springer, 1993 25

AUTOROVO CV Miroslav Bartošík Datum a místo narození: 26. února 1980, Zlín Adresa trvalého bydliště: Stráně 440, Zlín-Mladcová, 76001 Vzdělání: 2003-dodnes Ph.D. student 5. ročník (kombinované studium), Fyzikální a materiálové inženýrství, specializace: Fyzika povrchů a tenkých vrstev, FSI VUT v Brně 1998-2003 Fyzikální inženýrství (studium ukončeno s vyznamenáním), specializace: Fyzika povrchů a tenkých vrstev, FSI VUT v Brně 1994-1998 Gymnázium Zlín (studium ukončeno s vyznamenáním) Zaměstnání: 2008-dodnes Ústav Fyzikálního inženýrství, VUT v Brně, asistent 2004-2008 Fyzikální ústav AV ČR, výzkumný a vývojový pracovník Odborné zkušenosti: 2008-2003 Vedoucí bakalářský prací na Ústavu fyzikálního inženýrství (Zuzana Bortlová 2007, Antonín Doupal 2008). Výuka teoretických cvičení z Fyziky I, II a laboratorních cvičení z Fyziky I. Řešení nebo podíl na řadě projektů: centra (Funkční hybridní nanosystémy polovodičů a kovů s organickými látkami, Centrum nanotechnologií a materiálu pro nanoelektroniku, Struktury pro nanofotoniku a nanoelektroniku), záměr (MSM0021630508) a granty FSI (2005, 2007) 2006 stáž, ETH Zürich, Nanophysics group (prof. K. Ensslin) 2002 stáž, Uni. of Salford, Joule Phys. Lab. (prof. J. van den Berg) Ostatní: Jazyky: Řidičský průkaz: 1998 (skupina B) Práce s PC: Datum: 30. 5. 2008 angličtina: aktivně, němčina: aktivně (maturita) C/C++/C#, Programování pro Windows 98/XP (API, MFC, NET framework Windows forms), Visual Basic (zpracování naměřených dat), MathCAD, Maple, Office, Inventor 26

SEZNAM PUBLIKAČNÍ ČINNOSTI A. Příspěvky v mezinárodních časopisech 1. M. Bartošík, M. Kolíbal, J. Čechal, J. Mach, T. Šikola: Selective growth of matallic nanostructures on surfaces patterned by AFM local anodic oxidation, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, submitted for publication. 2. M. Bartošík, D. Škoda, O. Tomanec, R. Kalousek, P. Jánský, J. Zlámal, J. Spousta, T. Šikola: Instabilities in LAO the Role of Humidity and Electric Field, Nanotechnology, submitted for publication. 3. M. Bartošík, D. Škoda, O. Tomanec, R. Kalousek, R. Jánský, J. Zlámal, J. Spousta, T. Šikola, The influence of humidity on the kinetics of local anodic oxidation. Journal of Physics: Conference Series, 61, 0, 2007, (75-79). ISSN: 1742 6588. 4. J. Červenka, R. Kalousek, M. Bartošík, D. Škoda, O. Tomanec, T. Šikola: Fabrication of nanostructures on Si(100) and GaAs(100) by local anodic oxidation, Applied Surface Science, 253, 5, 2006, (2373-2378). ISSN: 0169 4332. B. Příspěvky na mezinárodních konferencích 5. M. Bartošík, M. Kolíbal, J. Čechal, J. Mach, M. Urbánek, J. Spousta, P. Klapetek, T. Šikola, Selective Growth and Testing of Metal Nanostructures, Oral presentation at the conference International Conference on Nanoscience + Technology 2008 (ICN+T 2008), Keystone (Colorado USA), July 2008, p. 123. 6. M. Bartošík, M. Kolíbal, J. Mach, J. Luksch, J. Čechal, R. Kalousek, J. Spousta, T. Šikola: Fabrication of nanostructures by selective growth, Poster presentation at the conference Symposium on Surface Science 2008 (3S 08), St. Christoph am Arlberg (Austria), March 2008, Contributions (ed. by F. Aumayer and P. Varga), p. 151. 7. M. Kolíbal, T. Čechal, J. Čechal, E. Brandejsová, O. Tomanec, M. Bartošík, J. Spousta, T. Šikola: Self-limiting cyclic growth of gallium droplets on Si(111), Oral presentation at the conference 14th International Conference on Solid Films and Surfaces (ICSFS14), Dublin (Ireland), June/July 2008, Programme, Tue-CL-22, p. 99. 8. M. Bartosik, T. Sikola, V. Novak, Application of LAO for Electronic Devices, Poster presentation at the conference Joint Eurocores FONE Project Workshop, Naples (Italy), December 2007, p. 23 9. T. Šikola, R. D. Kekatpure, R. A. Pala, M. Bartošík, O. Tomanec, P. van Dorpe, M. L. Brongersma: Fabrication of plasmonic resonant antennas by FIB and electron beam lithography, Oral presentation at the conference 17th Internationl Vacuum Congress (IVC-17), Stockholm (Sweden), July 2007, Final Programme, EMP10-Or5, p. 172. 10. M. Kolíbal, J. Čechal, M. Bartošík, J. Mach, T. Šikola: Stability of hydrogen-terminated silicon surface under ambient atmosphere, Poster presentation at the conference 6th International Conference on Nanoscience and Nanotechnologies (Nano 07), Brno, October 2007, p. 70. 11. M. Bartošík, O. Tomanec, M. Kolíbal, J. Mach, S. Voborný, R. Kalousek, J. Spousta, A. Fejfar, T. Šikola: Fabrication of Nanostructures by Selective Growth of Ga on Surfaces Patterned by AMF, Poster presentation at the conference International Conference on 27

Nanoscience and Technology 2006, Basel (Switzerland), July/August 2006, Abstrakt Book, P1151, p. 308. 12. M. Bartošík, D. Škoda, O. Tomanec, R. Kalousek, J. Spousta, T. Šikola: The Influence of Humidity on the Kinetics of Local Anodic Oxidation, Poster presentation at the conference International Conference on Nanoscience and Technology 2006, Basel (Switzerland), July/August 2006, Final program, P1152, p. 308. 13. O. Tomanec, M. Bartošík, D. Škoda, R. Kalousek, M. Kolíbal, J. Neuwirth, M. Urbánek, S. Voborný, L. Lovicar, R. Chmelík, J. Spousta, T. Šikola: Fabrication of Metallic Nanostructures by Local Anodic Oxidation for Surface Plasmon Polariton Studies, Poster presentation at the conference International Conference on Nanoscience and Technology 2006, Basel (Switzerland), July/August 2006, Final program, P1237, p. 328. 14. J. Neuwirth, M. Urbánek, M. Hála, O. Tomanec, M. Bartošík, E. Brandejsová, R. Kalousek, L. Dittrichová, J. Spousta, T. Šikola: Morfology of cobalt ultrathin films grown by IBAD, Poster presentation at the conference European Conference on Surface Science ECOSS 24, Paris (France), September 2006, Final programme, CLU Th P 482, p. 267. 15. D. Škoda, R. Kalousek, M. Bartošík, K. Maturová and Tomáš Šikola: Fabrication of Nanostructures by AFM, poster presentation at IVC 16, Venice (Italy) (June/July 2004), Book of Abstracts 16. D. Škoda, R. Kalousek, M. Bartošík, K. Maturová, and T. Šikola: Fabrication of Nanostructures by AFM, poster presentation at the European Vacuum Congress (EVC 03), 23. 27. 6. 2003, Berlin (Germany), Abstracts, page. 243 C. Příspěvky na národních konferencích 17. M. Bartošík, J. Červenka, D. Škoda, K. Maturová, R. Kalousek, T. Šikola: Local oxidation by AFM and its application for fabrication of nanoelectronic components (in Czech), Oral presentation at the 4th Workshop on Scanning Probe Microscopy (SPM 04), Lázně Bohdaneč, September 2004, Book of Abstracts. 18. R. Kalousek, J. Červenka, M. Bartošík, D. Škoda and T. Šikola: Fabrication of nanostructures on Si(100) and GaAs(100) by local anodic oxidation, Proceedings of the conference New Trends in Physics, Brno University of Technology, November, 2004, (226-229). ISBN 80-7355-024-5. 19. M. Kolíbal, S. Průša, P. Bábor, M. Bartošík, O. Tomanec, M. Draxler, P. Bauer, T. Šikola: Growth of gallium on silicon: A ToF-LEIS and AFM study, Proceedings of the conference New Trends in Physics, VUT v Brně, Brno 2004, p. 230 233. 20. R. Kalousek, D. Škoda, M. Bartošík a T. Šikola: AFM zařízení pro mikroskopii povrchů a nanotechnologie, zvaná přenáška, sborník Letní školy vakuové techniky, Šumava Horska Kvilda, 26. 29. 5. 2003, Zpravodaj, CVS, roč. 11, č. 2 (2003), str. 47-49 D. Ostatní 21. M. Bartošík, R. Kalousek, O. Tomanec, T. Šikola, V. Novák, V. Jurka, L. Smrčka: Nanolithography by SPM (in Czech), Oral presentation at the Czech Nano-Team Workshop 2006, 27 28. 4. 2006 Praha. 28