Dissertation/Thesis Abstract

The Influence of Internal and External Electric Fields on the Transport of Energetic Electrons Induced by Electron Irradiation in Metal-Insulator-Metal Nanostructures
by Marpe, Mario, Ph.D., Universitaet Duisburg-Essen (Germany), 2018, 136; 10971715
Abstract (Summary)

Die Motivation für die Anfertigung dieser Dissertation liegt in einer Serie von Experimenten begrün- det, in denen Metall-Isolator-Metall (MIM) Dünnschichtsysteme zur Messung von Strömen von der be- strahlten in die unbestrahlte Elektrode hervorgerufen durch Bestrahlung der oberen Elektrode mit Ionen, Photonen und Elektronen verwendet wurden. Diese MIM-Systeme bestehen aus einer mehrere 10 nm- dicken Silber-Deckelektrode und einer Aluminium-Bodenelektrode ähnlicher Dicke, welche mittels einer 2..3 nm dicken Aluminium-Oxidschicht voneinander isoliert sind. Die bisherige Interpretation der Ströme hervorgerufen durch die Bestrahlung der Deckelektrode war ein Transport von heißen Ladungsträgern, welche durch die Bestrahlung angeregt wurden und daher die Oxidbarriere überwinden konnten. Es blieb jedoch die Frage unbeantwortet, inwiefern diese Transportprozesse ausschließlich "interne" Prozesse durch die Barriere sind, was in dieser Dissertation beantwortet wird. Der Vorteil von MIM-Systemen liegt zum einen darin begründet, dass sich so Anregungsprozesse unterhalb der Vakuumenergie (in Form von "interner Elektronenemission") untersuchen lassen und auf der anderen Seite darin, dass die Barrieren- höhe und -form durch das Anlegen einer Biasspannung zwischen den Metallelektroden modifiziert werden kann. Um die oben aufgeworfene Frage zu beantworten, wurden MIM-Systeme mit einem fokussierten (∅ ≈ 0.75 mm) Elektronenstrahl mit einer Primärenergie von 75..1000 eV bestrahlt, wobei entweder die Ströme in die bestrahlte oder in die unbestrahlte Elektrode für verschiedene Beschussparameter (Auftr- effpunkt, Primärenergie, Einfallswinkel) und auch als Funktion einer internen Biasspannung angelegt zwischen den beiden Metallelektroden des MIMs gemessen wurden. Die Analyse dieser Ergebnisse weist sehr stark darauf hin, dass zumindest ein Teil der in der unbestrahlten Elektrodegemessenen "internen" Ströme in Wirklichkeit durch externe Prozesse hervorgerufen wird. Mögliche Strombeiträge können aus Re-Absorptionsprozessen von ins Vakuum emittierten Elektronen entstehen, welche wieder auf die be- strahlte Elektrode gelangen, und insbesondere durch Kreuz-Absorptionsprozesse hervorgerufen werden, bei denen von der bestrahlten Elektrode ins Vakuum emittierte Elektronen in die nichtbestrahlte Elektrode gelangen. Der letztgenannte Prozess kann direkt den "internen" Strom beeinflussen und lässt sich mittels des Auftretens eines elektrischen Feldes durch Raumladungseffekte durch die auftreffenden und emittierten Elektronen erklären. Diese Erkenntnisse motivierten eine weitere Serie von Experimenten, bei denen eine vorspannbare Kollektor/Repeller Elektrode verwendet wurde, durch die, mittels einer angelegten Span- nung Ud, das elektrische Feld oberhalb der Probe kontrolliert werden kann. Dadurch wurde es möglich, den Beitrag des Kreuz-absorptionsstrom zu den vermeintlich "internen" Strömen zu identifizieren und zu quantifizieren und schließlich auch zu unterbinden, wodurch echte interne Ströme von Elektronen und Löchen durch die Barriere bestimmt werden können. Die interne und externe Emissionsausbeute (also die Zahl der emittierten Elektronen, entweder intern durch die Barriere oder extern ins Vakuum pro einschla- gendem Primärelektron) wurde als Funktion des Beschusspunktes des Primärelektronenstrahls auf der MIM-Oberfläche, als Funktion der Primärenergie und auch als Funktion des Beschusswinkels für statische Werte von Ud gemessen. Zusätzlich erfolgten Messungen als Funktion der Spannung Ud für verschiedene Primärenergien und verschiedene interne Biasspannungen.

Zusätzlich zu den Ergebnissen kann aus den Messungen auch die totale externe Elektronenausbeute ζ für den Beschuss von Silberfilmen und oxidbeckten Aluminiumfilmen mit Elektronen als Funktion der Primärenergie bestimmt werden, was insofern interessant ist, weil nur wenige Messwerte für Energien unterhalb von 1 keV in der Literatur zu finden sind.

Indexing (document details)
Advisor: Wucher , Andreas
Commitee:
School: Universitaet Duisburg-Essen (Germany)
School Location: Germany
Source: DAI-C 81/1(E), Dissertation Abstracts International
Source Type: DISSERTATION
Subjects: Nanoscience, Physics
Keywords: Internal and external electric fields, Transport of energetic electrons, Electron irradiation, Metal-insulator-metal nanostructures
Publication Number: 10971715
ISBN: 9781392632383
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