Name: Scanning-Probe-Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 53 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie mit rasterprobengestützter Einzelelektronen-Kapazitätsspektroskopie das Tunneln einzelner Elektronen in nanoskaligen Systemen unter nichtleitenden Oberflächen beobachten.

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Die Forschung, die hier beschrieben wurde von der Michigan State University Institute for Quantum Wissenschaften und der National Science Foundation DMR-0305461, DMR-0906939 und DMR-0605801 unterstützt. KW dankt für die Unterstützung von einem US-Department of Education GAANN Interdisziplinäre Bioelectronics Training Program Stipendium.

1. PROTOKOLL <ol><li> Ersteinrichtung des Mikroskops und Elektronik <ol><li> Beginnen Sie mit einer kryogenen-fähigen Rastersondenmikroskops zugeordnet Steuerelektronik. Die Mikroskope für die Forschung hier beschriebenen verwenden Trägheitstranslation zu &quot;gehen&quot; der Probe in Richtung auf und weg von der Spitze entlang Rampen 13 (aus einem leitenden Material, wie Kupfer, Messing oder rostfreiem Stahl, damit sie mit der Vorspannung, um die Sende- Probe) als Teil eines Besocke Design STM 14, der schematisch in 2 gezeigt. </li><li> Zusätzlich zu der Vorspannung und der Tunnelstrom Koaxialkabeln bieten mindestens zwei koaxialen Drähte und einen Erdungsdraht, die von der Elektronik Zahnstange erstrecken, um in der Nähe der Spitzenbereich des Mikroskops, um das kryogene Verstärkerschaltung für empfindliche Ladung Erkennung arbeiten. Bauen Sie die Elemente der Verstärkerschaltung im Detail in Referenzen 5, 12 und 15 beschrieben werden, die auf der e untergebrachtlectronics Rack, das ist der Teil der Schaltung außerhalb des schattierten Feld in Abbildung 2. Dieser Teil der Schaltung wird bei Raumtemperatur während des Experiments bleiben. </li></ol></li><li> Montieren Sie die Montage-Chip für den Tipp und HEMT Schaltung (schattierte Feld in Abbildung 2), die HEMT Schaltung auf kryogene Temperatur abgesenkt werden, um eine optimale Energie-Auflösung zu erhalten. <ol><li> Cleave eine quadratische Chip Größe von ungefähr 1 cm x 1 cm aus einer GaAs-Wafer mit einem Schreiber, der Sensor-Schaltung und Spitze wird auf diesem Chip montiert werden. Deposit etwa 100 nm Gold auf einem Titan-Haftschicht durch eine Lochmaske auf den GaAs-Chip zu bilden, mehrere Goldpads jeweils einer Größe von ungefähr 1 mm x 1 mm, auf die Drähte des HEMT und Vorspannungswiderstand wird verklebt werden. Die Abmessungen der Pads sind nicht kritisch. </li><li> Bereiten Sie eine scharfes STM-Spitze durch mechanisches Schneiden eines 80:20 Pt: Ir-Draht mit Seitenschneider. Die Spitze kann auch durch chemisches Ätzen hergestellt werden or eine andere Methode oder im Handel erworben werden. Bestimmen des Radius der Krümmung der Spitze über Rasterelektronenmikroskopie; der Krümmungsradius sollte in der Größenordnung von der räumlichen Auflösung für das Experiment benötigt werden. </li><li> Epoxy ein Golddraht auf jede der Goldpads mit leitfähigem Epoxidharz standhalten tiefen Temperaturen, wobei diese Drähte werden die Elemente der Schaltung auf dem Chip Montage der koaxialen Leitungen auf dem Mikroskop zu verbinden. Da die Golddrähte lassen sich nach dem nächsten Schritt, wenn sie nicht benötigt werden, Epoxy einige redundante Golddrähte auf die Pads entfernt werden. Epoxy die HEMT, die Vorspannwiderstand und die STM-Spitze auf die Montage GaAs-Chip. Cure das Epoxidharz wie angegeben über seine Produkt-Datenblatt. (Siehe die Tabelle der Materialien unten für Details.) </li><li> Mit einem Drahtbonder mit Golddraht Bindung geladen die Source-, Drain-und Gate-Elemente des HEMT Gold-Pads auf der GaAs-Chips zu trennen. Bond temporären Adern das Gate-und Source-or Drain-Anschlussflächen, um das Tor zu gewährleisten wird nicht berechnet in bezug auf die Source-Drain-Kanal. Verwenden Sie ein Erdungsband für zusätzliche Sicherheit während die Manipulation der HEMT, es ist wichtig, Vorkehrungen zu treffen, um zu vermeiden, die Einführung streunende statische Aufladungen, die HEMT zerstören könnte. </li><li> Bewahren der vorbereiteten Montage-Chip mit den Drähten an dem Gate und der Source-Drain-Kanal des HEMT elektrisch miteinander verbunden, um zu vermeiden Kurzschließen des HEMT. Wenn die temporären Adern im vorherigen Schritt erwähnt entfernt wurden, drehen Sie vorsichtig die Drähte zusammen. Am einfachsten ist es, alle Drähte miteinander zu verbinden. </li></ol></li><li> Befestigen Sie den Chip mit dem Mikroskop. <ol><li> Stellen Sie sicher, dass die Gate-und Source-Drain-Kanäle sind schwimmende nie, das ist zu destruktiven Kurzschlüsse zwischen den Gate-und Source-Drain-Kanäle des HEMT verhindern. Erden Koaxialkabeln am Mikroskop an dem die Drähte von dem Chip gelötet werden. </li><li> Befestigen Sie die Halterung oben auf t-Chiper Scannen piezotube, wie in Abbildung 2 dargestellt. </li><li> Löten Sie die Golddrähten sich von der Montage-Chip den einschlägigen Koaxialkabeln mit Indium-Lot. </li></ol></li><li> Überprüfen Sie die Integrität des HEMT mit einem Kurventracers an den koaxialen Leitungen an die Elektronik-Rack. Grundsätzlich zeigt die Kurve Tracer die Source-Drain-Strom-Spannungs-Kennlinie. Die häufigste Fehlermodus ist ein Kurzschluss zwischen dem HEMT Gate und dessen Source-Drain-Kanal, der in Source-Drain-Eigenschaften, die unempfindlich gegenüber Gate-Spannung werden die Ergebnisse. </li><li> Montieren Sie die Probe. Gehen Sie in den Bereich mit dem Mikroskop in STM-Modus konfiguriert, um sicherzustellen, dass die Probe erfolgreich nähern sich der Spitze. <ol><li> Verbinden Draht T an den Vorverstärker für STM Tunnelstrom Messungen verwendet, und befestigen DC-Vorspannung V DC auf Draht B. (Alle Anschlüsse sind an der Elektronik Rack gemacht.) </li><li> Gehen Sie, bis die Probe und Spitze sind im Tunnelbau Bereich. Wenn in range, sollte der Scan piezotube bleiben leicht aus dem Gleichgewicht Position, so dass die Erdung des Scan piezotube bewirkt, dass die Spitze von seinem in-Bereich zurückziehen Erweiterung erweitert. Dies bestätigt, dass die Probe erfolgreich nähern sich der Spitze. Gehen Sie aus der Reichweite nach, dies zu tun, um die Spitze in den nächsten Aktionen zu schützen. </li><li> Übertragen Sie das Mikroskop vom Labortisch zum Dewar für eventuelle Tieftemperatur-Betrieb. An diesem Punkt ist die Testphase abgeschlossen und der experimentellen Phase beginnen kann. </li></ol></li><li> Pumpen Sie das Mikroskop auf einen Unterdruck von wenigen microtorr. Kühlen Sie das Mikroskop auf 4,2 K oder unten für eine optimale Energie-Auflösung nach dem Verfahren in dem Handbuch für den Kryostaten skizziert. <ol><li> Nach dem Abkühlen des Mikroskops zu seiner Basis Temperatur, damit das Mikroskop ausreichende Zeit, um das thermische Gleichgewicht zu erreichen, da wiederholte, langen Abtastungen des gleichen Bereichs durchgeführt werden, ist es wichtig, thermischen Drift zu minimieren. (Drift isteine Verschiebung des Gleichgewichts Position der Spitze mit Bezug auf die Probe.) </li><li> Hängen Sie das Dewar das Mikroskop so viel wie möglich von Schwingungen durch mechanische Kopplung mit dem Gebäude und Vakuumpumpen und andere Geräte an das Mikroskop und Dewar isolieren. Dies kann durch eine mit Schnur Federungssystem, wie in Referenzbeispiel 15, oder mit Luftfedern oder ein ähnliches Verfahren. </li></ol></li><li> Nach dem Abkühlen des Mikroskops und bevor Datenerhebung, überprüfen Sie die Integrität des HEMT wieder mit dem Kurventracers. </li><li> Scannen Sie die Probe im Tunnelbau (STM)-Modus. <ol><li> Gehen Sie in Reichweite. Suchen Sie eine Region der Probenoberfläche, die frei von Schmutz und von erheblicher Höhe oder Leitfähigkeit Variationen ist, und sicherzustellen, dass die Spitze ist stabil. </li><li> Korrigieren Sie für jede Neigung der Probe, das ist besonders wichtig, weil Kapazität Scans mit der Rückkopplungsschleife deaktiviert durchgeführt werden, damit die Spitze in die Oberfläche könnte abstürzen, wenn der scannten Ebene nicht parallel zu der Oberfläche der Probe. Im Prinzip könnte man die Kapazität Signal mit Rückkopplung verwenden, um eine konstante Kapazität zu erhalten, während das Scannen der Spitze, aber in der Praxis ist das Signal nicht robust genug, um einen Absturz zu verhindern, wenn Rückkopplung verwendet wird. </li><li> Beobachten Sie die thermische Drift, so dass es für die durch Neupositionierung der Spitze Offset kompensiert werden. Notieren Sie sich die Verlängerung der Spitze, während in Bereich im Tunnel-Modus, nach diesem Protokoll als Berührungspunkt. </li></ol></li><li> Gehen Sie zu einem ungestörten Bereich der Probe, eine, die nicht in STM-Modus gescannt wurde. <ol><li> Deaktivieren Sie die Feedback-Schleife in der STM-Controller. Daran erinnern, dass, wenn der Feedback-Schleife deaktiviert ist, manuelle Bewegungen der Spitze könnte versehentlich einen Absturz verursachen. Große Sorgfalt sollte daher genommen, während die Spitze zu bewegen werden. </li><li> Einfahren der Spitze ein paar Dutzend Nanometer von der Berührungspunkt. </li><li> Offset die seitliche Position der Spitze einer in der Nähe der Probe which hat in letzter Zeit nicht gescannt worden, um keine Störungen (z. B. Laden von Halbleiter-Dotierung Sites) die Vorspannung erforderlich, damit Tunneln durch die halbleitende Probe für STM Scanning bewogen haben könnten, zu vermeiden. </li><li> Vorsichtig verlängern die Spitze in Richtung der Oberfläche, bis die Spitze Verschiebung des Gleichgewichts Erweiterung liegt in der Nähe in der Größenordnung des Berührungspunkt. </li></ol></li><li> Schalten Verdrahtungskonfiguration zur Kapazität Modus. <ol><li> Erden Sie alle koaxiale Leitungen, um den HEMT schützen. </li><li> Verbinden der koaxialen Leitungen zu den jeweiligen Spannungsquellen und Widerstände und die Lock-in-Verstärker und dem Funktionsgenerator, wie in Abbildung 2 dargestellt. </li><li> Schalten Sie alle Spannungsquellen. Um zu vermeiden, schockt die HEMT mit Spannungsquelle Ausgänge beginnen bei 0 V. </li><li> Ungemahlenes die koaxialen Leitungen, daran zu denken, dem Gate und der Source-Drain-Kanal des HEMT miteinander verbunden sind, so lange wie möglich, um den HEMT schützen zu halten. </li><li> Stellen Sie die voltage Quelle auf dem Spannungsteilerwiderstand (Draht D). </li><li> Stimmen Sie die HEMT seine empfindlichste Region durch Überwachung der Spannung über Draht L mit einem Multimeter beim Einstellen V tune. Bringen Draht L auf die Lock-in-Verstärker danach. </li><li> Erhöhen V tune bis zum In-Phase-Signal auf der Lock-in-Verstärker zu und beginnt Plateau; Aufzeichnung dieser Wert von V tune, die die Spannung, die an der Spitze ist. Dies ermöglicht allen Ladung von der Messung bis zum HEMT gehen anstatt undicht durch Draht L. </li><li> Optimieren Sie die innere Phase der Lock-in-Verstärker mit seiner Fähigkeit Autophase und notieren Sie die Phase Wert. </li><li> Warten Sie auf den HEMT zu stabilisieren, um sicherzustellen, gibt es keine signifikanten thermische Effekte (das dauert oft bis zu zwei Stunden). </li></ol></li><li> Balance der HEMT durch Einstellen des Signals auf der Standard-Kondensator, um sicherzustellen, dass nur das Signal von Interesse für die Lock-in-Verstärker geht. Anpassungen des Signals auf derStandard-Kondensator entweder der Amplitude V oder Gleichgewicht der relativen Phase zwischen V und V Balance Anregung erfolgen. Der HEMT wird als im Gleichgewicht, wenn das In-Phase-Signal auf der Lock-in-Verstärker wird bei diesem Schritt des Verfahrens minimiert. </li><li> Führen Sie das Scannen Ladungsakkumulation Bildgebung. <ol><li> Stellen Sie die DC-Vorspannung V DC auf die Probe. </li><li> Verlängern Sie die Spitze innerhalb von 1 nm von der Oberfläche, mit dem Touch-Punkt als Referenz. </li><li> Notieren Sie den Ausgang des Lock-in-Verstärker mit der Datenerfassungs-Software, das ist das Signal von Interesse. </li><li> Scannen Sie die Probe. Um eine gute Auflösung zu erhalten, kann die Scans müssen mit einer Geschwindigkeit von mehreren Stunden pro Abtastung erfasst werden, um ein ausreichendes Signal Mittelwertbildung für jedes Pixel zu ermöglichen und um ein Verschmieren des Signals in benachbarten Pixeln des Bildes zu verhindern. Führen mehreren Scans auf der gleichen Fläche, und durchschnittlich diese Scans zusammen, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern. </li></ol&gt; </li><li> Führen Kapazität (CV)-Spektroskopie mit der Spitze stationär über einer unterirdischen Merkmal von Interesse in der Ladungsakkumulation Bild im vorherigen Schritt erworben. <ol><li> Ramp V DC und notieren Sie den Ausgang des Lock-in-Verstärker mit der Datenerfassungs-Software. </li><li> Nehmen Sie mehrere Kapazität-Spannungs-(CV)-Kurven in der gleichen Position, und durchschnittliche diese Kurven zusammen, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Typischerweise werden ein paar Kurven gemittelt zusammen. Während Mittelung Kurven verbessert das Signal-zu-Rausch-Verhältnis, weil das Potenzial für Drift während scannt, sollten nur wenige aufeinanderfolgende Abtastungen zusammen gemittelt werden. </li></ol></li><li> Zurück zum Tunnelbau (STM)-Modus. <ol><li> Fahren Sie die Spitze sein Gleichgewicht Erweiterung und konfigurieren die Elektronik für STM. Aktivieren Sie die Feedback-Schleife und notieren Sie die in-Bereich Erweiterung der Spitze (Touch-Point). </li><li> Scannen Sie den Bereich in-Tunneling-Modus für Funktionen in der Spitze sehenography die Artefakte erzeugt werden, können in der Kapazität Bildgebung und Spektroskopie Kapazität haben. </li></ol></li><li> Analysieren und interpretieren können, nach Reference 9 und der unterstützenden Informationen in Referenz 1. </li></ol>

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<li>Urazhdin, S., Maasilta, I. J., Chakraborty, S., Moraru, I., Tessmer, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-scan-range+cryogenic+scanning+probe+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">High-scan-range cryogenic scanning probe microscope.</a> Rev. Sci. Instrum. 71 (11), 4170-4173 (2000).</li>
<li>Ashoori, R. C., Stormer, H. L., Weiner, J. S., Pfeiffer, L. N., Pearton, S. J., Baldwin, K. W., West, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-electron+capacitance+spectroscopy+of+discrete+quantum+levels%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Single-electron capacitance spectroscopy of discrete quantum levels.</a> Phys. Rev. Lett. 68 (20), 3088-3091 (1992).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben.

Eine detaillierte Erläuterung der theoretischen Grundlagen für diese experimentelle Methode wird in Referenzen 8 und 9 gegeben und diskutiert in Bezug auf das Szenario der Untergrund Dotierungen in Referenz 2; der Übersicht dargestellt wird hier deshalb kurz sein und konzeptionell. Die Spitze wird als eine Platte eines Kondensators und der leitenden Schicht, die unter die Probe umfasst die andere Platte behandelt. Wenn die DC-Spannung angelegt wird, so daß Elektronen in Richtung der Spitze gezogen wird, und wenn es eine...

Subsurface Ladungsakkumulation (SCA) Bildgebung ist eine Niedertemperatur-Verfahren auflösen können Einzel-Elektronen-Charging Events. Bei der Untersuchung von Dotierungsatomen in Halbleitern angewendet wird, kann das Verfahren erkennen einzelnen eintretenden Elektronen Donor-oder Akzeptor-Atomen, wodurch Charakterisierung des Quanten-Struktur dieser Systeme Minute. In seinem Herzen ist SCA Bildgebung eine lokale Kapazitätsmessung 6 für Kryo-Betrieb geeignet. Da Kapazität vom elektrischen Feld basiert, ist es eine Fernwirkung, die zu lösen Laden unter isolierenden Oberflächen können 6. Kryo-Betrieb ermöglicht Untersuchung von Einzel-Elektronen-Bewegung und Quanten-Ebene Abstand, der bei Raumtemperatur 1,2 unlösbaren würde. Die Technik kann auf jedes System, in dem die Bewegung der Elektronen unter einer isolierenden Oberfläche ist wichtig angewendet werden, einschließlich der Ladung Dynamik in zweidimensionalen Elektronensysteme an inneren Grenzflächen 7; Kürze halber<html> der Fokus hier auf Studien von Halbleiter Dotierungen sein. Am meisten schematische Ebene behandelt diese Technik das gescannte Spitze als eine Platte eines Plattenkondensator, obwohl realistische Analyse erfordert eine genauere Beschreibung zu berücksichtigen, für die Krümmung der Spitze 8,9. Die andere Platte in diesem Modell ist eine nanoskaligen Bereich der darunter liegenden leitenden Schicht, wie in Abbildung 1 gezeigt. Im Wesentlichen von einer Ladung in einen Dotierstoff in Reaktion auf eine periodische Anregung Spannung, wird es näher an der Spitze; diese Bewegung induziert image Ladung auf der Spitze, die mit der Sensorschaltung 5 erfasst wird. Ebenso wie die Ladung beendet das Dotierungsmittel, das Bild Ladung auf der Spitze verringert. Daraus ergibt sich die periodischen Ladesignal in Reaktion auf die Erregungsspannung das detektierte Signal - im Wesentlichen ist es Kapazität, so dass diese Messung wird oft als die Bestimmung der CV Eigenschaften des Systems bezeichnet. Zelt &quot;&gt; Während der Kapazitätsmessung, ist das einzige Netz Tunneling zwischen dem zugrunde liegenden leitfähigen Schicht und der Dotierungsmittelschicht -. Ladung nie Tunnel direkt auf die Spitze Das Fehlen direkter Tunneln oder von der Spitze während der Messung ist ein wichtiger Unterschied zwischen diesem Technik und mehr vertraut Rastertunnelmikroskopie, ist, obwohl ein großer Teil der Hardware für dieses System im Wesentlichen identisch mit der eines Rastertunnelmikroskops. Es ist auch wichtig anzumerken, dass SCA Bildgebung nicht direkt auf elektrostatische Ladungen reagieren. Für Untersuchungen der statischen Aufladung Ausschüttungen, Raster-Kelvin-Sonden-Mikroskopie oder elektrostatische Kraft-Mikroskopie geeignet ist kryogenen Zusätzliche Methoden für die Prüfung lokalen elektronischen Verhalten gibt, die auch gute elektronische und räumliche Auflösung;. zum Beispiel, Scannen Einelektrontransistor Mikroskopie ist ein weiteres Raster-Sonden-Methode zum Aufspüren von Minute Aufladen Effekte 4,10. SCA Bildgebung war ursprünglichentwickelt am MIT durch Tessmer, Glicofridis, Ashoori und Mitarbeiter 7, außerdem das hier beschriebene Verfahren kann als Raster-Sonden-Version der Single-Electron Spectroscopy Kapazität Methode Ashoori und Mitarbeiter 11 entwickelt angesehen werden. Ein wesentliches Element der Messung ist ein exquisit empfindlich Charge-Detektionsschaltung 5,12 mit high electron mobility Transistoren (HEMT), es kann einen Geräuschpegel so niedrig wie 0,01 Elektronen / Hz erreichen ½ bei 0,3 K, die Basis Temperatur des Kryostaten in Referenz 5. Eine derart hohe Empfindlichkeit ermöglicht die Beobachtung von Einzel-Elektronen-Aufladung in unterirdischen Anlagen. Diese Methode wird für die Untersuchung von Elektronen oder Löcher Dynamik einzelne oder kleine Gruppen von Dotierstoffen in Halbleitern geeignet, mit typischen Dotierstoff Flächendichte im Bereich von 10 15 m -2 in einer ebenen Geometrie 2. Ein Beispiel für eine typische Probe Konfiguration für diese Art von Test ist in Abbildung 1 dargestellt </strong&gt;. Die Dotierungsschicht typischerweise einige zehn Nanometer unter der Oberfläche positioniert, es ist wichtig, die genaue Abstände zwischen der darunterliegenden leitenden Schicht und dem Dotierstoff Schicht und zwischen der Dotierungsmittelschicht und der Probenoberfläche zu kennen. Im Gegensatz zu den Tunneln hat Kapazität nicht abfallen, sondern im wesentlichen exponentiell abnimmt umgekehrt proportional zum Abstand. Somit könnte das Dotierungsmittel Tiefe im Prinzip sogar tiefer als zehn Nanometer unter der Oberfläche, wie einige angemessener Anteil des elektrischen Feldes landet auf der Spitze. Für alle der genannten kryogenen Nahsonden von elektronischen Verhalten, einschließlich der hier beschriebenen Technik wird räumliche Auflösung durch die geometrische Größe der Spitze und durch den Abstand zwischen dem Untergrund Merkmal von Interesse und der Rastersondenspitze begrenzt.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Equipment</td></tr><tr><td>Besocke-design STM</td><td>Custom</td><td></td><td>References 14 und 15</td></tr><tr><td>Steuerelektronik für STM</td><td>RHK Technology</td><td>SPM 1000 Revision 7</td><td></td></tr><tr><td>Lock-in-Verstärker</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>Curve Tracer</td><td>Tektronix</td><td>Typ 576</td><td></td></tr><tr><td>Oszilloskop</td><td>Tektronix</td><td>TDS360</td><td></td></tr><tr><td>Multimeter</td><td>Tektronix</td><td>DMM912</td><td></td></tr><tr><td>Drahtbonder</td><td>WEST&middot; BOND</td><td>7476D</td><td>mit K~1200D Temperaturregler</td></tr><tr><td>Lötkolben</td><td>MPJA</td><td>301-A</td><td></td></tr><tr><td>Kryostat</td><td>Oxford Instruments</td><td>Heliox</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Material</td></tr><tr><td>Pt/Ir Draht, 80:20</td><td>nanoScience Instruments</td><td>201100</td><td></td></tr><tr><td>GaAs Wafer</td><td></td><td>axt S-I</td><td>Für den Montagechip</td></tr><tr><td>99,99 % Au-Draht, 2 mil Durchmesser</td><td>SPM</td><td></td><td>Für den Montagechip</td></tr><tr><td>99,99 % Au-Draht, 1 mil Durchmesser</td><td>K& S</td><td></td><td>Für Drahtbonden</td></tr><tr><td>Indium-Shot</td><td>Alfa Aesar</td><td>11026</td><td></td></tr><tr><td>Silber-Epoxidharz</td><td>Epo-Tek</td><td>EJ2189-LV</td><td>Jedes niedrigtemperaturverträgliche leitfähige Epoxidharz ist akzeptabel</td></tr><tr><td>HEMT</td><td>Fujitsu</td><td>Low Noise HEMT</td><td></td></tr></tbody></table>

scanning-probe-einzel-elektronen-spektroskopie kapazität

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

Die Integration von Niedrigtemperatur-Scanning-Probe-Techniken und Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität stellt ein leistungsfähiges Werkzeug, um die elektronischen Quantenstruktur von kleinen Systemen zu untersuchen - auch einzelne atomare Dotierungen in Halbleitern. Hier präsentieren wir eine Kapazitäts-basierte Verfahren, wie Subsurface Ladungsakkumulation (SCA)-Bildgebung, die in der Lage Lösung Einzel-Elektronen-Aufladung während eine ausreichende räumliche Auflösung zu einzelnen atomaren Bild Dotierungen ist bekannt. Der Einsatz eines kapazitiven Technik ermöglicht Beobachtung der unterirdischen Merkmale, wie viele Dotiermittel begraben Nanometer unter der Oberfläche eines Halbleitermaterials 1,2,3. Im Prinzip kann diese Technik auf ein beliebiges System angewandt werden, um die Bewegung der Elektronen unter einer isolierenden Oberfläche zu lösen. Wie in den anderen durch ein elektrisches Feld empfindliche eingescannten Sondentechniken 4 hängt die laterale räumliche Auflösung der Messung teilweise von dem Radius curvature der Sondenspitze. Unter Verwendung der Spitzen mit einem kleinen Krümmungsradius ermöglichen räumlichen Auflösung von wenigen zehn Nanometern. Diese feine räumliche Auflösung ermöglicht Untersuchungen der kleinen Zahlen (minus eins) von unterirdischen Dotierungen 1,2. Die Ladung Auflösung hängt stark von der Empfindlichkeit der Ladung Detektionsschaltung; mit Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) in solchen Schaltungen bei kryogenen Temperaturen ermöglicht eine Empfindlichkeit von etwa 0,01 Elektronen / Hz ½ bei 0,3 K 5.

Der Chef Indikator für eine erfolgreiche Messung ist die Reproduzierbarkeit, so wie in anderen Rastersondenmethoden. Wiederholte Messungen sind sehr wichtig, aus diesem Grund. Für Punkt Kapazität Spektroskopie unter viele Messungen nacheinander an der gleichen Stelle hilft, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erhöhen und zu identifizieren Störsignale. Sobald ein Merkmal von Interesse innerhalb der Ladungsakkumulation Bild identifiziert und Kapazität Spektroskopie durchgeführt wurde, beginn...

Scanning-Probe-Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität ermöglicht die Untersuchung von Einzel-Elektronen-Bewegung in lokalisierten Regionen Untergrund. Eine empfindliche Ladung-Erfassungsschaltung in einem kryogenen Rastersondenmikroskop auf kleine Systeme Dotieratome unter der Oberfläche des Halbleiter-Proben zu untersuchen eingearbeitet.

Scanning-Probe-Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, das Aufladen und Entladen einzelner Elektronen in nanoskaligen leitfähigen Systemen unterhalb nichtleitender Oberflächen räumlich aufzulösen und zu beobachten. Dazu wird die Probe in ein kryogenes Raster-Sonden-Mikroskop eingebracht, um niedrige Temperaturen und geringe Rauschpegel zu erreichen, wodurch die Beobachtung des Verhaltens einzelner Elektronen ermöglicht wird. Im zweiten Schritt wird das Mikroskop im Rastertunnelmikroskopie-Modus betrieben, um die Spitze auf etwa einen Nanometer an die Oberfläche der Probe heranzuführen, wodurch die Spitze an einer geeigneten Position für die Durchführung von Kapazitätsmessungen platziert ist.Als Nächstes verwenden Sie das Mikroskop im Kapazitätsmodus unter Nutzung der äußerst empfindlichen Ladungsdetektions-Elektronik, um die Bildladung zu detektieren, die durch die Elektronenbewegung im unterhalb liegenden System auf der Spitze induziert wird. Dies ermöglicht die Bestimmung der elektronischen Struktur des subsurface-Quantensystems. Es werden Ergebnisse erzielt, die einzelne Elektronen zeigen, die auf nanoskalige subsurface-Systeme tunneln und von ihnen abtunneln.Peaks und

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Die Verwendung von Elektronenkanal-Kontrastbildgebung in einem Rasterelektronenmikroskop zur Charakterisierung von Defekten in III-V/Si-heteroexpitaxialen Dünnschichten wird beschrieben. Diese Methode liefert ähnliche Ergebnisse wie die Draufsicht-Transmissionselektronenmikroskopie, jedoch in deutlich kürzerer Zeit, da keine Probenvorbereitung erforderlich ist.

Electron Channeling Contrast Imaging Rapid III-V heteroepitaktischen Charakterisierung

Die optischen, elektrischen und strukturellen Eigenschaften von Versetzungen und von Korngrenzen in Halbleitermaterialien können durch Experimente bestimmt werden, die in einem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt werden. Die Elektronenmikroskopie wurde verwendet, um die Kathodolumineszenz, den elektronenstrahlinduzierten Strom und die Beugung von rückgestreuten Elektronen zu untersuchen.

Umfassende Charakterisierung von ausgedehnten Defekten in Halbleitermaterialien durch ein Rasterelektronenmikroskop

Hier präsentieren wir Protokolle zur Durchführung sowohl der Umgebungsmassenspektrometrie-Bildgebung (MSI) von Geweben als auch der In-situ-Live-Einzelzell-MS (SCMS)-Analyse mit der Einzelsonde, einem miniaturisierten multifunktionalen Gerät für die MS-Analyse.

Anwendungen der Einzel-Sonde: Mass Spectrometry Imaging und Einzelzellanalyse unter Umgebungsbedingungen

Dieser Artikel berichtet über die Nanomaterialherstellung eines Fulleren-Si-Substrats, das durch Nanomessungen und molekulardynamische Simulation untersucht und verifiziert wurde.

Probing C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si-Substrat mit Hilfe der Rastersondenmikroskopie und Molecular Dynamics

Wir beschreiben die detaillierte Verfahren und Strategien zur Messung der mechanischen Eigenschaften und mechanische entfaltenden Wege der einzelnen Protein-Moleküle mit einem Rasterkraftmikroskop. Wir zeigen auch repräsentative Ergebnisse als Referenz für die Auswahl und Begründung der gute einzelne Protein-Molekül-Aufnahmen.

Kraft-Spektroskopie einzelner Proteinmoleküle, die mit einem Rasterkraftmikroskop

Wir zeigen eine elektronische Methode um Nanosekunden gelöst kostenlos Dynamik von Dotierstoffen Atomen in Silizium mit einem Rastertunnelmikroskop zu beobachten.

Vollelektronische Nanosekunde gelöst Scanning Tunneling Microscopy: Erleichterung der Untersuchung der einzelnen Dotierstoff kostenlos Dynamik

Mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM) in Kombination mit der rasterelektrochemischen Mikroskopie (SECM), nämlich AFM-SECM, können gleichzeitig hochauflösende topographische und elektrochemische Informationen auf Materialoberflächen im Nanomaßstab erfasst werden. Solche Informationen sind entscheidend für das Verständnis heterogener Eigenschaften (z. B. Reaktivität, Defekte und Reaktionsstellen) auf lokalen Oberflächen von Nanomaterialien, Elektroden und Biomaterialien.

Sondierung der elektrochemischen Oberflächenaktivität von Nanomaterialien mit einem hybriden Rasterkraftmikroskop-Scanning Elektrochemischen Mikroskop (AFM-SECM)

Die großflächige Probeninspektion mit nanoskaliger Auflösung hat ein breites Anwendungsspektrum, insbesondere für nanofabrizierte Halbleiterwafer. Rasterkraftmikroskope können ein großartiges Werkzeug für diesen Zweck sein, sind aber durch ihre Abbildungsgeschwindigkeit begrenzt. Bei dieser Arbeit werden parallele aktive Cantilever-Arrays in AFMs verwendet, um Inspektionen mit hohem Durchsatz und großem Maßstab zu ermöglichen.

Rasterkraftmikroskopie mit aktiven Sonden mit quattroparallelen Cantilever-Arrays für die Inspektion von Großproben mit hohem Durchsatz

Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, die Niedrig-Energie-elektronischen Struktur von Festkörpern bei extrem niedrigen Temperaturen mit Angle-Photoemissionsspektroskopie mit Synchrotronstrahlung zu bestimmen.

Angle-Photoemissionsspektroskopie Bei extrem niedrigen Temperaturen

Wir beschreiben die zuverlässige Erzeugung von nicht-Gauß-Staaten reisen optischen Bereichen, einschließlich der Ein-Photonen-Zustände und Überlagerungen kohärenten Zustand, mit einer bedingten Herstellungsverfahren auf der nicht-klassischen Licht durch optische parametrische Oszillatoren emittiert betrieben. Typ-I und Typ-II-phasenangepaßte Oszillatoren betrachtet und üblichen Verfahren, wie beispielsweise die gewünschte Frequenz zu filtern oder Hocheffizienzquantenzustand Charakterisierung...

Staatliche Ingenieur Quantum of Light mit Dauerwellen-Optische parametrische Oszillatoren

Erfahren Sie, wie Sie mit rasterprobengestützter Einzelelektronen-Kapazitätsspektroskopie das Tunneln einzelner Elektronen in nanoskaligen Systemen unter nichtleitenden Oberflächen beobachten.

Scanning-Probe-Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität

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