Ultra high vacuum fabrication of metallic contacts for molecular devices on an insulating surface

The preparation and characterization of metallic wires on insulating substrates by a variety of mechanisms has been explored. A multi-scale approach utilizing microfabricated silicon stencil masks, feedback controlled electromigration, and field induced metal cluster deposition in a novel geometry has been explored on potassium bromide (KBr), indium phosphide (InP), and silicon oxide substrates in an ultra-high vacuum environment (UHV). The initial deposition of gold, and tantalum wires between one hundred nanometers and micrometers in size was performed using reinforced silicon nanostencils. The stencil fabrication was discussed, and an examination of the deformation of the integrated structures under the deposition of highly stressed tantalum films was shown to be significantly smaller than typical structures. Metallic wires deposited using these stencils as well as electron beam lithography were electrically stressed and the breaking characteristics analyzed. Typical nanometer scale gaps were observed, as well as larger features more commonly found in the breaking of bamboo-like structures in gold wires 100 nm in size or less, particularly with a significant series resistance. These larger gaps are expected to be more applicable for the deposition of subsequent metallic clusters and preparation of molecular devices. As a step towards connecting the initially deposited wires as well as localized molecules in an a fashion allowing atomic scale imaging by AFM, modelling and experiments of field induced deposition of gold clusters on KBr and InP substrates was carried out. Deposition on InP substrates with a backside 2D electron gas as a counter-electrode demonstrated the feability of this deposition technique in UHV. Subsequent depositions on or adjacent to metallic pads on the bulk insulating KBr provided a proof of principle of the technique, though some experimental limitations such as large current pulses with the tip in close proximity to the surface are dLa préparation et la caractérisation de fils métalliques sur des substrats isolants par une variété de mécanismes a été explorée. Une approche multi-échelle utilisant des masques-stencils microfabriqués de silicium, l'électromigration contrôlée par rétroaction, et le dépôt induit par champ en nouvelle géométrie d'agrégats métalliques, a été explorée sur des substrats de bromure de potassium (KBr), de phosphure d'indium (InP) et d'oxyde de silicium sous Ultra Haut Vide (UHV). Le dépôt initial de fils d'or et de tantale entre cent nanomètres et quelques micromètres a été réalisé en utilisant des nanostencils au silicium renforcé. La fabrication des stencils a été discutée, et un examen de la déformation des structures intégrées dans le cas du dépôt de couches de tantale sous hautes contraintes a montré qu'elle était significativement plus petite que pour les structures typiques. Les fils métalliques déposés à l'aide de ces stencils, ainsi que la lithographie par faisceau électronique ont été mis sous contrainte électriquement et les caractéristiques de rupture analysées. Des vides typiques à l'échelle du nanomètre ont été observés, ainsi que des structures communément retrouvées dans la rupture de structure de type bambou dans les fils d'or de 100nm et moins, en particulier avec une résistance en série importante. Ces vides plus grands devraient être plus applicables pour le dépôt par la suite d'agrégats métalliques et la préparation de dispositifs moléculaires. Une étape a été franchie vers la connexion des fils déposés initialement ainsi que de molécules localisées de façon imageable, en réalisant un modèle et des expériences de dépôt induit par champ d'agrégats d'or sur KBr et InP. Le dépôt sur des substrats InP avec derrière un gaz d'électrons 2D comme contre-électrode a démontré la faisabilité de cette technique de dépôt sous UHV. Des dépôts ultérieurs sur o