جميع الإلكترونية حل النانوسيكند المسح نفق مجهرية: تسهيل التحقيق في ديناميات تهمة يستعمل واحدة

الهدف العام من الفحص المجهري النفقي المسح الإلكتروني الذي تم حله بمرور الوقت هو دراسة العمليات الديناميكية التي تحدث على النطاق الذري. في هذه التجارب ، تتم دراسة الديناميكيات المشحونة للمنشطات في السيليكون. يمكن استخدام هذه الطرق للتحقيق في الظواهر المثيرة للاهتمام في مجال تكنولوجيا النانو والفيزياء مثل معدل تزويد المنشطات في أشباه الموصلات بالإلكترونات أو كيف يمكن استخدام تيارات الأنفاق لدفع الرنين المغناطيسي للذرات الفردية.

الميزة الرئيسية لهذه التقنيات هي أنه يمكن دراسة الديناميكيات السريعة دون الحاجة إلى دمج البصريات في تقاطع الأنفاق. لا تقتصر هذه التقنيات على درجات الحرارة المنخفضة أو مجاهر أنفاق المسح الضوئي الفراغية الفائقة. للبدء ، قم بتبريد مجهر المسح النفقي القادر على تفريغ فائق الارتفاع إلى درجات الحرارة المبردة.

تأكد من أن طرف المجهر مجهز بأسلاك عالية التردد قادرة على حوالي 500 ميجاهرتز. بعد ذلك ، قم بتوصيل مولد وظائف عشوائي بقناتين على الأقل بالحافة. قم بإعداد دورات أزواج نبضات الجهد المستخدمة في تجارب مسبار المضخة عن طريق تكوين مولد الوظيفة التعسفي بحيث يتم إنشاء نبضات جهد المضخة والمسبار بشكل مستقل وتجميعها قبل إدخالها في الحافة.

بعد ذلك ، قم بتطبيق جهد انحياز التيار المستمر المستخدم للتصوير في التحليل الطيفي التقليدي على العينة. بعد ذلك ، قم بتوصيل مفتاحين للتردد اللاسلكي بقنوات إخراج مولد الوظائف التعسفية. قم بتكوين المحولات بحيث يتم تأريض الطرف أثناء المسح الضوئي والحفر الأنفاقي والتصوير والتحليل الطيفي التقليدي.

اجمع تيار النفق لجميع القياسات من خلال مضخم مسبق متصل بالعينة. باستخدام آلة كتابة كربيد السيليكون ، خدش الجزء الخلفي من رقاقة السيليكون. بعد ذلك ، استخدم زوجا من شرائح المجهر الزجاجي لالتقاط العينة برفق من الرقاقة.

تأكد من استخدام ملاقط السيراميك للتعامل مع بلورات السيليكون. قم بلصق العينة على حامل مجهر المسح الضوئي والنفقي. بمجرد تثبيته في الحامل ، أدخله إلى غرفة التفريغ فائقة الارتفاع.

بعد ذلك ، قم بتفريغ العينة عن طريق تسخينها بمقاومة إلى 600 درجة مئوية والاحتفاظ بها عند درجة الحرارة هذه لمدة ست ساعات على الأقل في الفراغ الفائق. بمجرد تبريد العينة ، استخدم نفس الغرفة لتفريغ خيوط التنغستن عن طريق تسخين الفتيل بمقاومة إلى 1 ، 800 درجة مئوية وانتظار استعادة النظام إلى الضغط الأساسي. بعد ذلك ، قم بإزالة الأكسيد من سطح العينة عن طريق وميض العينة إلى 900 درجة مئوية والاحتفاظ بها عند درجة الحرارة هذه لمدة 10 ثوان قبل تبريدها مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة.

قم بوميض العينة تدريجيا إلى درجات حرارة أعلى أثناء محاولة الوصول إلى وميض نهائي يبلغ 1،250 درجة مئوية. دع العينة تبرد إلى درجة حرارة الغرفة بعد كل وميض. لضمان بقاء العينة نظيفة ، يومض الإجهاض حيث يرتفع الضغط فوق تسعة مرات 10 إلى سالب 10 Torr.

بعد ذلك ، قم بتسريب غاز الهيدروجين إلى الغرفة عند ضغط واحد في 10 أس سالب ستة Torr وقم بتسخين خيوط التنغستن إلى 1 ، 800 درجة مئوية. سيؤدي ذلك إلى تكسير الغاز إلى هيدروجين ذري. احتفظ بالعينة في هذه الظروف لمدة دقيقتين قبل وميض العينة مرة أخرى إلى 1،250 درجة مئوية.

بعد خمس ثوان عند 1،250 درجة مئوية ، قم بتبريده مرة أخرى إلى 330 درجة مئوية. حافظ على درجة الحرارة عند 330 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة ثم أغلق صمام تسرب الهيدروجين في نفس الوقت وقم بإيقاف تشغيل خيوط التنغستن. دع العينة تبرد إلى درجة حرارة الغرفة.

أخيرا ، اقترب من الطرف المراد أخذ العينة من خلال إشراك وحدة التحكم في التغذية الراجعة الحالية مع انحياز عينة سالب 1.8 فولت ، ونقطة الضبط الحالية البالغة 50 بيكو أمبير ، واستخدام وظيفة الاقتراب التلقائي لبرنامج التحكم. التقط عمليات مسح ضوئي للسطح بحدود 50 × 50 نانومتر للتحقق من جودة السطح. يجب أن تكون هناك شرفات كبيرة مفصولة بخطوات ذرة واحدة بمعدل عيب أقل من 1٪ يجب حل صفوف السيليكون الثنائي من السيليكون صفر صفر اثنين في واحد إعادة البناء بوضوح.

تظهر الروابط المتدلية على شكل نتوءات ساطعة في صور الحالة الميدانية. ابحث عن منطقة على سطح العينة خالية من عيوب السطح الكبيرة عن طريق إجراء عمليات مسح كبيرة بمساحة كبيرة تبلغ 50 نانومتر × 50 نانومتر. لتوصيف الرنين الإلكتروني ، ضع الطرف فوق ذرة هيدروجين على السطح.

نظرا لأن كل ذرة سيليكون سطحية تنتهي بذرة هيدروجين ، فإن هذا يعادل وضع الطرف فوق صفوف الثنائيات على السطح. قم بإيقاف تشغيل وحدة التحكم في التغذية المرتدة الحالية ثم اضبط جهد التيار المستمر على سالب 1.0 فولت ، ثم جهد المضخة إلى سالب 0.5 فولت ، وجهد المسبار إلى سالب 0.5 فولت ، وعرض المضخة ونبضات المسبار إلى 200 نانو ثانية ، ووقت صعود وهبوط النبضات إلى 2.5 نانو ثانية. بعد ذلك ، أرسل سلسلة من قطارات المضخة ونبضات المسبار حيث يتم اجتياح التأخير النسبي للمضخة والمسبار من سالب 900 نانو ثانية إلى 900 نانو ثانية.

يتجلى الرنين من خلال تذبذبات السعة الأصغر في تيار النفق على جانبي الأصل. من خلال زيادة أوقات الارتفاع على النبضات من 2.5 نانو ثانية إلى 25 نانو ثانية ، لوحظ قمع قوي للرنين. تخلص من الرنين عن طريق زيادة أوقات صعود وهبوط النبضات للحصول على أدق النتائج الطيفية.

ومع ذلك ، اعلم أن زيادة عرض النبضة سيقلل من الدقة. ضع الطرف فوق رابطة متدلية من السيليكون تظهر على شكل نتوءات ساطعة عند تحيزات عينة الطرف السلبية. قم بإيقاف تشغيل وحدة التحكم في التغذية الراجعة الحالية وأرسل قطارا مكونا من نبضة المسبار المستخدمة كإشارة مرجعية بمعدل تكرار يبلغ 25 كيلو هرتز.

على سلسلة من قطارات النبض، قم بمسح انحياز نبضة المسبار على مدى 500 مللي فولت من انحياز التيار المستمر البالغ سالب 1.8 فولت. يجب أن يكون لكل نبضة تحيز مختلف. هذه الخطوة مكافئة للتحليل الطيفي الوريدي القياسي ولكن مع دورة عمل مخفضة.

تأكد من أن عرض النبضات طويل بما يكفي للحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء لا تقل عن 10. أرسل قطارا مكونا من نبضات مضخة مضبوطة عند انحياز ثابت بحيث يكون جهد التيار المستمر المضاف إلى جهد المضخة أكبر من جهد العتبة بمعدل تكرار يبلغ 25 كيلو هرتز. بعد ذلك ، أرسل قطارا مكونا من نبضات المضخة مع نبضات المسبار متبوعة بتأخير قدره 10 نانو ثانية.

قارن المسبار فقط في المضخة وإشارات المسبار عن طريق رسمها في نفس الرسم البياني. أي تباطؤ في الإشارات الصغيرة هو مؤشر على الديناميكيات التي يمكن فحصها باستخدام تقنيات STM التي تم حلها بمرور الوقت. لقياس ديناميكيات الاسترخاء ، ضع طرف المجهر فوق رابطة متدلية من السيليكون وقم بإيقاف تشغيل وحدة التحكم في التغذية الراجعة الحالية.

بعد ذلك ، أرسل قطارا مكونا من نبضات مضخة مضبوطة عند انحياز ثابت بحيث يكون جهد التيار المستمر المضاف إلى جهد المضخة أكبر من جهد العتبة بمعدل تكرار يبلغ 25 كيلو هرتز. بعد ذلك ، أرسل قطارا آخر من نبضات المضخة والمسبار. تأكد من أن نبضات المسبار لها سعة أصغر من المضخات ويمكن مقارنتها بالنطاق الذي يحدث فيه التباطؤ.

أخيرا ، قم بمسح التأخير بين المضخة ونبض المسبار حتى عدة عشرات من الميكروثانية. لتحديد ديناميكيات الإثارة ، أرسل مرة أخرى قطارا مكونا من نبضات المضخة بحيث يكون جهد التيار المستمر المضاف إلى جهد المضخة أكبر من جهد العتبة بمعدل تكرار يبلغ 25 كيلو هرتز. اكتساح مدة نبضة المضخة من عدة نانو ثانية إلى عدة مئات من النانو ثانية.

ثم أرسل قطارا من المضخة ونبضات المسبار. يجب أن يكون لنبضات المسبار سعة أصغر من المضخات ويمكن مقارنتها بالنطاق الذي يحدث فيه التباطؤ. باستخدام الفحص المجهري النفقي التقليدي ، تحدث روابط السيليكون المتدلية على شكل نتوءات ساطعة في صور الحالة الميدانية تحيز العينة السلبي.

في بعض الحالات ، تظهر تغيرا حادا في الموصلية عند سالب فولت. بالنسبة لهذه الرابطة المتدلية المحددة ، تظهر الصور الملتقطة عند سالب 2.1 فولت ، ناقص فولت ، وناقص 1.8 فولت ذلك أيضا. في هذه القياسات التي تم حلها بمرور الوقت ، تقوم نبضة المضخة بإحضار النظام بشكل عابر فوق عتبة الجهد وبعد نبضة المسبار مباشرة ، تستجوب توصيل الحالة العابرة.

لتعظيم رؤية التباطؤ ، يجب أن تكون مدة نبضة المسبار أقصر من معدل الاسترخاء في حالة التباطؤ العالية. عند قياس ديناميكيات استرخاء المنشطات ، تختلف تسلسلات النبضات في التأخير بين المضخة والمسبار. يتم استخراج اضمحلال أسي واحد يستقر على إزاحة ثابتة بمرور الوقت.

لأوقات الإثارة ، يتم تغيير عرض جهد مضخة تسلسل النبض. من خلال كنس عرض المضخة ، يتم تعيين متوسط المعدل الذي يتم به تأين المنشط. من المهم أن تميز أي رنين إلكتروني في إعداد المجهر.

يمكن أن يؤدي الرنين إلى قطع أثرية للإشارة ويجب التخلص منها. اعلم أيضا أن التخلص من الرنين عن طريق إطالة طول النبضة يؤدي إلى ضياع دقة الوقت وسيحتاج إلى تحسينه. بينما أظهرنا الفحص المجهري النفقي المسح الضوئي الذي تم حله بمرور الوقت لدراسة المنشطات في السيليكون ، يمكن تطبيق هذه التقنيات على العديد من الأنظمة الفيزيائية الأخرى.

الميزة الرئيسية لهذه التقنيات هي أنه لا تحتاج إلى دمج أنظمة بصرية مع المجهر الخاص بك. لا تنس أن العمل مع المبردات والجهد العالي يمكن أن يكون خطيرا. تأكد دائما من بيئة عمل آمنة واتبع بروتوكول السلامة المناسب عند إعداد المجهر واستخدامه.