Method Article

المسح مسبار واحدة الإلكترون الطيفي السعة

DOI:

10.3791/50676

⸱

July 30th, 2013

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physics and Astronomy, Michigan State University, 2Department of Chemistry & Biochemistry/Physics, Mercyhurst University, 3Department of Physics, Saint Louis University, 4Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المسح مسبار-إلكترون واحد الطيفي السعة يسهل دراسة حركة الإلكترون واحد في مناطق تحت سطح الأرض المترجمة. أدرج حساسة تهمة الكشف عن الدوائر المبردة في المسح المجهر التحقيق للتحقيق في نظم صغيرة من الذرات إشابة تحت سطح عينات أشباه الموصلات.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

دمج درجات الحرارة المنخفضة تقنيات المسح الضوئي مسبار وإلكترون واحد الطيفي السعة يمثل أداة قوية لدراسة بنية الكم إلكترونية من نظم صغيرة - بما في ذلك dopants الذرية الفردية في أشباه الموصلات. ونحن هنا نقدم وسيلة المستندة إلى السعة، والمعروفة باسم تراكم تهمة تحت السطحية (SCA) التصوير، والتي هي قادرة على حل الشحن لإلكترون واحد مع تحقيق القرار المكانية كافية لصورة dopants الذرية الفردية. استخدام تقنية مراقبة السعة تمكن من الميزات تحت سطح الأرض، مثل dopants دفن العديد من نانومتر تحت السطح من المواد أشباه الموصلات 1،2،3. من حيث المبدأ، يمكن تطبيق هذه التقنية إلى أي نظام لحل حركة الإلكترون أدناه سطح العازلة.

كما هو الحال في تقنيات الممسوحة ضوئيا مسبار الميدان حساسة الكهربائية الأخرى 4، والقرار المكانية الجانبي للقياس يعتمد في جزء منه على نصف قطر curvatur(ه) من تلميح التحقيق. ويمكن استخدام النصائح مع دائرة نصف قطرها صغير من انحناء تمكين القرار المكانية من بضع عشرات من نانومتر. هذا القرار المكانية غرامة يسمح التحقيقات أعداد صغيرة (وصولا الى واحد) من dopants تحت سطح الأرض 1،2. القرار تهمة يعتمد إلى حد كبير على حساسية الدوائر الكشف تهمة، واستخدام ارتفاع الترانزستورات التنقل الإلكترون (HEMT) في مثل هذه الدوائر في درجات الحرارة المبردة تمكن حساسية حوالي 0.01 الإلكترونات / هرتز ½ عند 0.3 K 5.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تراكم تهمة تحت السطحية (SCA) التصوير هو أسلوب درجات الحرارة المنخفضة قادرة على حل الأحداث شحن الإلكترون واحد. عندما يطبق لدراسة الذرات إشابة في أشباه الموصلات، ويمكن للطريقة الكشف عن الإلكترونات الفردية دخول ذرات المانحة أو متقبل، والسماح توصيف هيكل الكم من هذه الأنظمة الدقيقة. في قلبها، SCA التصوير هو قياس السعة المحلية 6 مناسبة تماما لتشغيل المبردة. لأنه يعتمد على السعة الحقل الكهربائي، بل هو تأثير بعيد المدى التي يمكن حل شحن تحت العازلة الأسطح 6. عملية المبردة يسمح التحقيق من حركة الإلكترون واحد وتباعد المستوى الكوانتي التي من شأنها أن تكون غير القابلة للحل في درجة حرارة الغرفة 1،2. ويمكن تطب....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. بروتوكول

  1. الإعداد الأولي من المجهر والالكترونيات
    1. تبدأ مع لجنة التحقيق المسح المبردة قادرة على المجهر مع الالكترونيات التحكم المرتبطة. وصف المجاهر المستخدمة في البحث هنا استخدام ترجمة بالقصور الذاتي إلى "السير" العينة نحو وبعيدا عن الحافة على طول المنحدرات 13 (مصنوعة من مادة موصلة مثل النحاس والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ أو لتمكينهم من نقل الجهد التحيز لل العينة) كجزء من تصميم STM Besocke 14، أظهرت تخطيطي في الشكل 2.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

قائد مؤشر قياس الناجح هو استنساخ، والكثير كما هو الحال في غيرها من وسائل التحقيق المسح. القياسات المتكررة هي مهمة جدا لهذا السبب. لنقطة الطيفي السعة، واتخاذ العديد من القياسات في سلسلة متتالية في نفس الموقع يساعد على زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء وتحديد اشارات غامضة.

مرة واحدة وقد تم التعرف على سمة من سمات الفائدة في صورة تراكم تهمة، وقد تم تنفيذ التحليل الطيفي السعة، وتفسير البيانات CV يبدأ من خلال تحديد ذراع ر.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويرد شرح مفصل عن الأساس النظري لهذا المنهج التجريبي في المراجع 8 و 9 و مناقشته فيما يتعلق سيناريو dopants تحت سطح الأرض في المرجع 2، وبالتالي فإن نظرة عامة المعروضة هنا الإيجاز والمفاهيمية. يتم التعامل مع طرف واحد من لوحة مكثف، والطبقة إجراء الكامنة تشمل العينة لوحة أخرى. إذا تم تطبيق الجهد DC يتم سحبها بحيث الإلكترونات نحو الحافة، وإذا كان هناك ذرة إشابة الواقعة بين إجراء طبقة الكامنة وغيض التي يمكن أن تستوعب على رسوم إضافية، ثم الإلكترون ستدخل إشابة وبالتالي الحصول على أقرب إلى .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وأيد هذا البحث تمت مناقشتها هنا قبل معهد جامعة ولاية ميشيغان للعلوم الكم والمؤسسة الوطنية للعلوم DMR-0305461، DMR-0906939، وDMR-0605801. يقر KW دعم من وزارة التعليم الأمريكية GAANN التخصصات الإلكترونيات البيولوجية تدريب الزمالة البرنامج.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article Name Company Catalog Number Comments مراجع < td colspan = "4" > Material< / قوي >التركيب

<قوي> المعدات < / strong>
تصميم Besocke-design STMمخصصة14 و 15
إلكترونيات التحكم لتقنية STMRHKSPM 1000 مراجعة 7
مكبر للصوتقفل أنظمة أبحاث ستانفوردSR830
تتبعمنحنى راسم الذبذباتمن النوع 576
TektronixTDS360
MultimeterTektronixDMM912
Wire bonderWEST & middot ؛ BOND7476Dمع وحدة تحكم في درجة الحرارة K ~ 1200D
لحام الحديدMPJA301-A
CryostatOxford InstrumentsHeliox
Pt / سلك IR ، 80:20nanoScience Instruments201100
GaAs رقاقة المحورS-Iلشريحة
99.99٪ سلك Au ، قطر 2 ملSPMلشريحة التركيب
99.99٪ سلك Au ، قطر 1 ملK & Sلربط الأسلاك
الإنديوم طلقةAlfa Aesar11026
الايبوكسي الفضيEpo-TekEJ2189-LVأي إيبوكسي موصل متوافق مع درجات الحرارة المنخفضة مقبول
HEMTFujitsuLow Noise HEMT

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Gasseller, M., DeNinno, M., Loo, R., Harrison, J. F., Caymax, M., Rogge, S., Tessmer, S. H. Single-Electron Capacitance Spectroscopy of Individual Dopants in Silicon. Nano Lett. 11, 5208-5212 (2011).
  2. Kuljanishvili, I., Kayis, C., Harrison, J. F., Piermarocchi, C., Kaplan, T. A., Tessmer, S. H., Pfeiffer, L. N., West, K. W.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Scanning Probe MicroscopySingle Electron CapacitanceSubsurface Charge AccumulationCryogenic Amplifier CircuitHigh Electron Mobility TransistorCapacitance Voltage SpectroscopyCharge Accumulation ImagingGallium Arsenide DopingSubsurface Dopant ImagingQuantum Dot Characterization

Related Articles