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.
Method Article
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.
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.
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 تطبيق هذه التقنية في أي نظام في أي حركة الإلكترون أدناه سطح العزل هو المهم، بما في ذلك ديناميات الشحن في نظم الإلكترون ثنائية الأبعاد في واجهات دفن 7؛ للإيجاز، سيتم التركيز هنا يكون على الدراسات من dopants أشباه الموصلات.
على المستوى الأكثر التخطيطي، وهذا الأسلوب يعامل الطرف الممسوحة ضوئيا ولوح واحد من موازية لوحة مكثف، على الرغم من تحليل واقعي يتطلب وصفا أكثر تفصيلا لحساب انحناء من طرف 8،9. لوحة أخرى في هذا النموذج هي منطقة النانومترية الحجم من طبقة إجراء الكامنة، كما هو مبين في الشكل 1. أساسا، كما يدخل تهمة لإشابة ردا على إثارة الجهد الدوري، فإنه يحصل أقرب إلى طرف؛ هذه الحركة يدفع أكثر تهمة الصورة على الحافة، التي تم الكشف عنها مع أجهزة الاستشعار الدائرة 5. وبالمثل، كما يخرج من تهمة إشابة، وانخفضت هذه التهمة الصورة على طرف. ومن هنا جاءت إشارة شحن الدوري ردا على إثارة الجهد هو إشارة الكشف - أساسا هو السعة، وبالتالي غالبا ما يشار إلى هذا القياس عن تحديد خصائص السيرة الذاتية للنظام.
خيمة "> وخلال قياس السعة، فإن صافي فقط النفقي هو بين الطبقة الموصلة الكامنة وطبقة إشابة -. تهمة أبدا الأنفاق مباشرة على إبعاد عدم وجود نفق مباشرة إلى أو من طرف أثناء عملية القياس هو الفرق المهم بين هذه تقنية وأكثر دراية المجهر النفقي الماسح، على الرغم من أن الكثير من الأجهزة لهذا النظام هو أساسا مطابقة لتلك التي من مجهر المسح النفقي. ومن المهم أيضا أن نلاحظ أن هيئة السلع التموينية التصوير ليست حساسة مباشرة إلى رسوم ثابتة. للتحقيق في تهمة ثابتة التوزيعات، مستشعر كالفن الماسح المجهري أو كهرباء المجهري القوة المناسبة طرق المبردة إضافية لدراسة السلوك الالكترونية المحلية والتي لها وجود أيضا إلى قرار الإلكترونية والمكانية جيدة، على سبيل المثال، المسح المجهري إلكترون واحد الترانزستور هو طريقة تحقيق اخر المسح الضوئي قادرة على اكتشاف دقائق شحن الآثار (4،10). SCA التصوير كان في الأصلوضعت من قبل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في Tessmer، Glicofridis، Ashoori، وزملاء العمل (7)؛ وعلاوة على ذلك، يمكن اعتبار الطريقة الموضحة هنا كإصدار مسبار المسح الضوئي من واحد الكترون طريقة التحليل الطيفي السعة التي وضعتها Ashoori وزملاء العمل 11. وثمة عنصر رئيسي من القياس هو حساسة بشكل رائع تهمة الكشف عن الدائرة 5،12 باستخدام عالية الترانزستورات التنقل الإلكترون (HEMT)، بل يمكن تحقيق مستوى الضوضاء منخفضة تصل إلى 0.01 الإلكترونات / هرتز ½ عند 0.3 K، ودرجة الحرارة قاعدة ناظم البرد في المرجع 5. مثل وجود حساسية عالية تسمح مراقبة الشحن لإلكترون واحد في نظم تحت سطح الأرض. يناسب هذا الأسلوب لدراسة الإلكترون أو حفرة ديناميات مجموعات فردية أو صغيرة من dopants في أشباه الموصلات، مع نموذجي الكثافة المساحية إشابة بناء على أمر من 10 15 م -2 في الهندسة المستوية 2. ويرد مثال من تكوين عينة نموذجية لهذا النوع من التجارب في الشكل 1 . وعادة ما يتم وضع طبقة إشابة بضع عشرات من نانومتر تحت السطح، ومن المهم أن تعرف مسافات دقيقة بين إجراء طبقة الكامنة وطبقة إشابة وبين طبقة إشابة وسطح العينة. وعلى النقيض من نفق، لا تقع قبالة أضعافا مضاعفة السعة ولكن بدلا من ذلك يقلل أساسا في تناسب عكسي مع المسافة. وبالتالي، يمكن للعمق إشابة من حيث المبدأ أن يكون أعمق من عشرات من نانومتر تحت السطح، ما دام بعض جزء معقول من أراضي الحقل الكهربائي على طرف. لجميع ما سبق ذكره تحقيقات المحلية المبردة من السلوك الالكترونية، بما في ذلك تقنية الموضحة هنا، هو القرار المكانية محدودة بسبب حجم هندسية من طرف والمسافة بين ميزة تحت السطحية من الاهتمام وتلميح التحقيق المسح.Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. بروتوكول
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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.
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.
يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.
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.
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 STM | مخصصة | 14 و 15 | |
| إلكترونيات التحكم لتقنية STM | RHK | SPM 1000 مراجعة 7 | |
| مكبر للصوت | قفل أنظمة أبحاث ستانفورد | SR830 | |
| تتبع | منحنى راسم الذبذبات | من النوع 576 | |
| Tektronix | TDS360 | ||
| Multimeter | Tektronix | DMM912 | |
| Wire bonder | WEST & middot ؛ BOND | 7476D | مع وحدة تحكم في درجة الحرارة K ~ 1200D |
| لحام الحديد | MPJA | 301-A | |
| Cryostat | Oxford Instruments | Heliox | |
| Pt / سلك IR ، 80:20 | nanoScience Instruments | 201100 | |
| GaAs رقاقة المحور | S-I | لشريحة | |
| 99.99٪ سلك Au ، قطر 2 مل | SPM | لشريحة التركيب | |
| 99.99٪ سلك Au ، قطر 1 مل | K & S | لربط الأسلاك | |
| الإنديوم طلقة | Alfa Aesar | 11026 | |
| الايبوكسي الفضي | Epo-Tek | EJ2189-LV | أي إيبوكسي موصل متوافق مع درجات الحرارة المنخفضة مقبول |
| HEMT | Fujitsu | Low Noise HEMT | |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission