Thomas Schweinböck

Raster-Hall-Mikroskopie

Dissertation
Logos Verlag Berlin, 2001
ISBN 3-89722-595-6

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau eines Raster-Hall-Mikroskops als Methode zur ortsaufgelösten Untersuchung von magnetischen Streufeldern bei Zimmertemperatur. Im Gegensatz zur Magnetkraftmikroskopie stellt die Raster-Hall-Mikroskopie eine Methode dar, die es erlaubt, aus dem Mess-Signal quantitativ und ohne Beeinflussung der untersuchten Probe das über die Sondenfläche gemittelte Streufeld zu bestimmen. Dabei wird die räumliche Auflösung im wesentlichen durch die Größe der Kreuzungsfläche der Kontakte bestimmt. Um hohe Empfindlichkeit und Auflösung zu erzielen, sind deshalb kleine Sensorflächen nötig, die sich in möglichst geringem Abstand zur Probenoberfläche befinden.

Als Ausgangsmaterialien für die Strukturierung dienten Halbleiter-Heterostrukturen, in denen sich ein zweidimensionales Elektronengas ausbildet. In der Arbeit wurden dabei sowohl GaAs/AlGaAs-Heterostrukturen als auch auf InAs basierende Strukturen verwendet. Bei letzteren konnten Kanalbreiten von weniger als 20 nm und aktiven Zonen von weniger als 50 nm Durchmesser realisiert werden. Diese Abmessungen sind bereits bei Zimmertemperatur mit der mittleren freien Weglänge der Elektronen vergleichbar. Deshalb können hier ballistische Effekte in Erscheinung treten, die von der Sondengeometrie abhängen und, zusätzlich zu Quanteneffekten bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern, Abweichungen von der linearen Magnetfeldabhängigkeit der Hallspannung verursachen. Rauschmessungen bei Zimmertemperatur zeigen eine gute Übereinstimmung mit Modellvorstellungen.

Mit der Abbildung von 200 nm breiten Domänen wurde erstmalig eine räumliche Auflösung der Raster-Hall-Mikroskopie von deutlich unter 500 nm experimentell demonstriert. Die Magnetfeldempfindlichkeit lag dabei bei der gewählten Bildaufnahmezeit unter 1 mT. An magnetischen Nanostrukturen wurde gezeigt, dass die Methode auch dann noch quantitative Aussagen erlaubt, wenn die Felder über die Sondenfläche nicht mehr homogen verlaufen, sofern die Charakteristik der Hallsonde bekannt ist.

Schließlich wurden die prinzipiellen Grenzen der Methode diskutiert, die bei Zimmertemperatur mit den experimentellen Ergebnissen erreicht wurden. Es wurde weiterhin gezeigt, dass bei der gewählten Geometrie die Methode prinzipiell auch bei tiefen Temperaturen im ballistischen Transport-Regime einsetzbar ist und dort eine erheblich höhere Empfindlichkeit erreicht werden kann.


Das Promotionsgesuch wurde eingereicht am 08.01.2001
Tag der mündlichen Prüfung: 30.01.2001

Die Arbeit wurde angeleitet von Prof. Dr. D. Weiss.